DE2455508A1 - Anlage zum erzeugen von wasserstoff durch ausnutzen der in einem gasgekuehlten hochtemperaturreaktor gewonnenen waermeenergie - Google Patents

Anlage zum erzeugen von wasserstoff durch ausnutzen der in einem gasgekuehlten hochtemperaturreaktor gewonnenen waermeenergie

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DE2455508A1 DE19742455508 DE2455508A DE2455508A1 DE 2455508 A1 DE2455508 A1 DE 2455508A1 DE 19742455508 DE19742455508 DE 19742455508 DE 2455508 A DE2455508 A DE 2455508A DE 2455508 A1 DE2455508 A1 DE 2455508A1
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Description

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HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH.
5000 Köln 1
Zeppelinstraße 15
Anlage zum Erzeugen von Wasserstoff durch Ausnutzen der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Erzeugen von Wasserstoff, vorzugsweise für die hydrierende Kohlevergasung, durch Ausnutzen der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie, die durch das Kühlgas einer Reihe von Röhrenspaltöfen sowie den Röhrenspaltöfen nachgeschalteten Dampf-
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erzeugern zugeleitet wird. Der Hochtemperaturreaktor, die Röhrenspaltöfen und die Dampferzeuger sind dabei in Ausnehmungen eines gemeinsamen Spannbetondruckbehälters untergebracht, und in dem Kreislauf des in die Röhrenspaltöfen eingebrachten Prozeßgases sind rekuperative Wärmeüberträger vorgesehen.
Es ist bekannt, Kernkraftwerke mit geschlossenem Gasturbinenkreislauf in integrierter Bauweise herzustellen, bei denen sich außer dem Kernreaktor auch eine Gasturbine, ein Verdichter und wärmeaustauschende Apparate innerhalb des Spannbetondruckbehälters befinden (Einbehälterbauweise). Derartige Anlagen sind z.B. in den Offenlegungsschriften I 764 249, 2 062 934 und 2 241 426 beschrieben. Diesen Anlagen ist gemeinsam, daß die im Reaktorkern erzeugte Energie zum Antrieb einer Gasturbine und zur anschließenden Stromerzeugung ausgenutzt wird. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die vom Kühlgas im Reaktorkern aufgenommene Energie in einem Wärmetauscher an einen Sekundärkreislauf abzugeben und zur Erzeugung von Prozeßwärme zu verwenden, wobei der Wärmetauscher ebenfalls in dem Spannbetondruckbehälter integriert ist.
Aus der Auslegeschrift 1 933 695 ist es bekannt, die Wärme eines Kernreaktorkühlmittels in einem Wärmetauscher an ein flüssiges Wärmeübertragungsmittel, z.B. Blei, abzugeben, das sie seinerseits an ein Reaktionssystem weitergibt. Wärmetauscher und Reaktionssystem sind in einem gemeinsamen Behälter untergebracht, der wiederum mit dem Kernreaktor zusammen in einem gemeinsamen Druckbehälter installiert ist.
Ferner gehört es zum Stand der Technik, zur Herstellung von Äthylen oder Synthesegas durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf die Wärmeenergie eines in einem Kernreaktor erhitzten Edelgases auszunutzen, wie in der Auslegeschrift 1 928 093 beschrieben. Bei dem dargestellten Röhrenspalt-
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ofen wird das in den Ofen einzubringende Prozeßgas zunächst durch einen außerhalb des Ofens angeordneten Wärmetauscher geschickt, in dem das Prozeßgas von einem Wärmeträger, z.B. Abgas, Wärmeenergie aufnimmt. Sind derartige Wärmetauscher als rekuperative Wärmeüberträger ausgebildet, so ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, wenn sie in einem mit einem Berstschutz versehenen Stahldruckbehälter installiert sind, diesoi innerhalb des Reaktorsicherheitsgebäudes Unterzubringen. Für einen innerhalb des Spannbetöndruckbehälters angeordneten Röhrenspaltofen ergibt sich hierbei eine ganze Reihe von technischen und sicherheitstechnischen Problemen, beispielsweise die Verlegung der Verbindungsleitungen zwischen dem Röhrenspaltofen und dem rekuperativen Wärmeüberträger.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs beschriebenen Anlage durch die optimale Anordnung der rekuperativen Wärmeüberträger dieses Problem wesentlich zu reduzieren.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die rekuperativen Wärmeüberträger ebenfalls in Ausnehmungen des Spannbetöndruckbehälters installiert sind, die in unmittelbarer Nähe des jeweils zugehörigen Röhrenspaltofens angeordnet und durch eine koaxiale Gasführung mit diesem verbunden sind, wobei das kältere Gas als Mantelstrom um die hochtemperaturbeaufschlagten Bauteile geführt ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der rekuperativen Wärmeüberträger innerhalb des Spannbetöndruckbehälters können die heißen Verbindungsleitungen zwischen diesen Wärmeüberträgern und den Röhrenspaltofen sehr kurz gehalten und auch leicht gebunkert werden. Die letztgenannte Maßnahme ist aus sicherheitstechnischen Gründen für alle Spaltgas führenden Leitungen innerhalb des Containments erforderlich. Da die Verbindungsleitungen als koaxiale Gasführungen ausgebildet sind und das kältere Gas
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als Mantelstrom um die inneren Leitungen, durch die das heiße Spaltgas strömt, geführt ist, können die Temperaturbelastungen der Liner, mit denen die Durchbrüche für die koaxialen Gasführungen ausgekleidet sind, gering gehalten werden.
Weitere wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage bestehen darin, daß für die rekuperativen Wärmeüberträger keine besonderen Stahldruckbehälter mit Splitterschutz benötigt werden und daß der Sicherheitsbehälter (Containment), der in an sich bekannter Weise den Spannbetondruckbehälter aufnimmt, kleiner gehalten werden kann, da für die Unterbringung der rekuperativen Wärmeüberträger kein zusätzlicher Platz benötigt wird.
Das in die Röhrenspaltöfen einzubringende Gasgemisch (Methan/ Wasserdampf) wird zunächst in den rekuperativen Wärmeüberträgern durch das in den Rohren strömende Spaltgas, das die Röhrenspaltöf en mit einer Temperatur von ca. 820 C verlassen hat, auf ca. 6500C aufgewärmt. Dabei kühlt sich das Spaltgas auf ca. 5200C ab (die angegebenen Temperaturen sind von der Auslegung der Gesamtanlage abhängig und daher nur als ungefähre Werte anzusehen). Mit dieser Temperatur tritt das Spaltgas aus dem Spannbetondruckbehälter aus. Somit können, da schnellschließende Sicherheitsarmaturen erforderlich sein werden, diese unmittelbar am Spannbetondruckbehälter angebracht sein, da für eine Temperatur von 520°C die Funktionsfähigkeit derartiger Armaturen gewährleistet ist.
Es ist vorteilhaft, die Verbindungsleitungen zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern und einer angeschlossenen Anlage für hydrierende Kohlevergasung unten aus dem Spannbetondruckbehälter herauszuführen, da auf diese Weise der im Sicherheitsbehälter (Containment) verlegte Teil der Leitungen sehr kurz sein kann und sich eine Bunkerung leicht ausführen läßt. Außerdem wird die
• · t Oy
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Zugänglichkeit des Spannbetondruckbehälters von oben und von der Seite nicht beeinträchtigt. Die Einführung des kalten Gasgemisches in die rekuperativen Wärmeüberträger erfolgt durch den Spaltgas führenden Leitungen parallele Anschlußleitungen.
Zweckmässigerweise sind die Röhrenspaltöfen, Dampferzeuger und rekuperativen Wärmeübertrager in symmetrisch um den in einer zentralen Kaverne befindlichen Hochtemperaturreaktor angeordneten Pods ausbaubar installiert, und unterhalb jedes Dampferzeugers ist ein Gebläse eingebaut. Während die Röhrenspaltöf en, Dampferzeuger und rekuperativen Wärmeüberträger nach oben ausgebaut werden, erfolgt der Ausbau der relativ leichten Gebläse nach unten. Somit kann jede Komponente für sich ausgebaut werden.
Der gesamte Kühlgaskreislauf (Primärkreislauf) ist in mehrere gleiche Stränge unterteilt, die je in Hintereinanderschaltung einen Röhrenspaltöfen, einen Dampferzeuger und ein Gebläse sowie Kühlgas führende Verbindungsleitungen umfassen. Alle Stränge sind nur über den Hochtemperaturreaktor miteinander gekoppelt.
Neben den in dem Spannbetondruckbehälter integrierten Komponenten des Primärkreislaufs und den rekuperativen Wäremüberträgern gehört zur Gesamtanlage neben einer Anlage für die hydrierende Kohlevergasung noch ein Dampfturbinenkreislauf mit einer Vielzahl von Komponenten.Die Erfindung bezieht sich jedoch nur auf den innerhalb des Spannbetondruckbehälters angeordneten Teil der Gesamtanlage, so daß auf eine Beschreibung dieser Komponenten verzichtet werden kann.
Die Röhrenspaltöfen, Dampferzeuger und rekuperativen Wärmeüberträger sind innerhalb des Spannbetondruckbehälters auf einer solchen Höhe installiert, daß sie etwa parallel zueinander liegen. Auf diese Weise können die Kühlgas und Prozeßgas führenden Lei-
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tungen zwischen den einzelnen Pods jedes Stranges und die Kühlgas führenden Leitungen zwischen den die Röhrenspaltöfen enthaltenden Pods und der Reaktorkaverne geradlinig und horizontal ausgeführt sein; d.h. sie stellen die kürzeste Verbindung
zwischen den einzelnen Komponenten dar, wodurch sich die am Beton auftretenden Wärmebelastungen reduzieren. Die Leitungen
zwischen den Röhrenspaltöfen und dem jeweils zugehörigen rekuperativen Wärmeüberträger verlaufen oberhalb der Tragplatten, an
denen die Röhrenspaltöfen innerhalb ihrer Pods aufgehängt sind. Oberhalb dieser Tragplatten ist in je~-dem Röhrenspaltofen ein
durch Dichtungsmittel von dem übrigen Röhrenspaltofen abgetrennter Raum vorgesehen, der mit reinem Helium gefüllt ist, das
unter höherem Druck steht als das Kühlgas. Eine radioaktive Verunreinigung dieses Raumes ist damit ausgeschlossen, so daß die
Anschlüsse der einzelnen Spaltrohre, die sich in diesem Raum
befinden, zum Auswechseln des in den Spaltrohren vorhandenen
Katalysators zugänglich sind.
Vorteilhafterweise sind die Kühlgas führenden Leitungen jedes
Stranges als koaxiale Gasführungen ausgebildet, wobei das kältere Gas jeweils durch den äußeren Leitungsteil geführt ist. Das unten aus dem Kernreaktor austretende erhitzte Kühlgas gelangt zunächst durch radiale Heißgasführungen, die Teil einer koaxialen Gasführung sind, von unten in die Röhrenspaltofen, umströmt die Spaltrohre und tritt - auf eine mittlere Temperatur abgekühlt unterhalb der Tragplatten aus, um durch die inneren Leitungsteile der koaxialen Gasführungen von oben in die Dampferzeuger einzutreten. Hier strömt es mantelseitig (um die Dampferzeugerrohre) nach unten, kühlt sich dabei weiter ab und wird anschließend in den nachgeschalteten Gebläsen verdichtet.
Die Rückführung des Kühlgases von den Gebläsen zum Hochtemperaturreaktor erfolgt durch die äußeren Leitungsteile der koaxialen
Gasführungen und koaxial um die Komponenten. Zu diesem Zweck sind
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in.den Pods zwischen der Liner-Auskleidung und den in ihnen angeordneten Komponenten Ringspalte vorgesehen. Vom Gebläse jedes Stranges strömt das Kühlgas zunächst in einem Ringspalt zwischen dem Dampferzeuger und dem zugehörigen Pod nach oben, gelangt außen durch die koaxiale Gasführung in den Röhrenspaltofen-Pod, strömt hier in einem Ringspalt zwischen Röhrenspalt- ofen und Liner-Auskleidung nach unten und gelangt als äußerer Strom der koaxialen Leitung zwischen dem Röhrenspaltofen-Pad und dem Hochtemperaturreaktor in die Reaktorkaverne, in der es in einem Ringraum zwischen Kaverne und Hochtemperaturreaktor hochströmt und von oben in den Reaktor eintritt.
Durch diese Art der Gasleitung von den einzelnen Gebläsen zum Reaktor wird erreicht, daß das relativ kalte Gas auf seinem Weg zum Reaktor alle mit hohen Temperaturen beaufschlagten Bauteile innerhalb der Pods umströmt und dadurch die Probleme der Wärmeisolierung erheblich reduziert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das sich auf eine thermische Leistung des Kernreaktors von 2000 MW bezieht, besteht der Primärkreislauf aus vier gleichen Strängen, deren Komponenten jeweils um 90° zueinander versetzt in dem Spannbetondruckbehälter untergebracht sind. Die Pods der vier Röhrenspaltof en und die Pods für die vier Dampferzeuger sowie für die rekuperativen Wärmeüberträger liegen dabei auf Kreisen mit verschiedenen Eadien.
Alle Pods sind oben und unten durch Deckel druckfest und gasdicht abgeschlossen. Zum Ausbau der einzelnen Komponenten wird der betreffende Deckel entfernt, und die Komponenten können nach Abtrennung der entsprechenden Gasleitungen - als Ganzes nach oben bzw. unten ausgebaut werden.
Durch die Deckel sind vorteilhaft die Leitungen zwischen den Dampferzeugern und der angeschlossenen Dampfturbinenanlage sowie die Verbindungsleitungen zwischen den rekuperativen Wärmeüber-
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trägern und der Anlage für die hydrierende Kohlevergasung verlegt, wobei die zuerst genannten Leitungen durch die oberen Deckel und die letztgenannten durch die unteren Deckel geführt sind. Das in die Röhrenspaltöfen eingebrachte Methan/Wasserdampf-Gemisch wird durch je einen Verteiler, der sich in dem Raum oberhalb der Tragplatte jedes Röhrenspaltöfens befindet, auf die einzelnen Spaltrohre aufgeteilt und beim Durchströmen der Spaltrohre von oben nach unten durch die Wärmezufuhr und die Katalysatorwirkung zerlegt. Durch ein Rohr mit einem im Vergleich zu den Spaltrohren kleinen Querschnitt, das innerhalb jedes Spaltrohres verlegt ist und in einen am unteren Ende der Spaltrohre befindlichen Gassammeiraum hineinragt, strömt das Spaltgas wieder zurück und wird in jedem Spaltgasofen in einem Sammler zusammengefaßt, bevor es im Innnern der koaxialen Verbindungsleitung dem zugehörigen rekuperativen Wärmeüberträger zuströmt. Ähnlich sind auch die Anschlüsse der Wasser- bzw. Dampfleitungen an die Dampferzeuger. Das Speisewasser wird zunächst auf die einzelnen Dampferzeugerrohre jedes Dampferzeugers aufgeteilt, die zentral nach unten geführt werden, und durchströmt dann von unten nach oben den in Helix-Bauweise ausgeführten Dampferzeuger. Der erzeugte Frischdampf wird wieder zusammengefaßt und aus dem Spannbetondruckbehälter herausgeführt.
Zweckmäßig ist innerhalb des Spannbetondruckbehälters auch ein Nachwärmeabfuhrsystem vorgesehen, das in an sich bekannter Weise aus einem Gebläse, einer Rückschlagklappe und einem Kühler besteht. Dieses vom Primärkreislauf unabhängige Notkühlsystem sichert die Abfuhr der Reaktornachzerfallswärme bei Störfällen und in Stillstandszeiten. Während des Normalbetriebes des Kernreaktors wird es von einem geringen Bypaß des Reaktoreintrittsgases rückwärts durchströmt. Das Nachwärmeabfuhrsystem von 4 χ 50 % ist in vier symmetrisch um die Reaktorkaverne angeordneten Pods untergebracht, die sich zwischen den Pods für die Primärkreislaufkomponenten befinden. Die gesamte Anlage weist
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somit 16 Pods auf, von denen die vier für das Nachwärmeabfuhrsystem vorgesehenen kleiner sind als die Pods für die Röhrenspaltöfen und Dampferzeuger, jedoch größer als die Pods für die rekuperativen Wärmeüberträger.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zum Erzeugen von Wasserstoff gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 einen Horizontalschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 und
Fig. 2 eine Vertikalschnitt-Abwicklung nach der Linie H-II der Fig. 1.
Die Fig. 1 und 2 lassen einen zylindrischen berstsicheren Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, in dem zentral ein heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor 2 mit kugelförmigen Brennelementen und die übrigen Primärkreislaufkomponenten (Röhrenspaltöfen r Dampferzeuger, Gebläse, Gasführungen, Nachwärmeabfuhrsystem) sowie die re3superativen Wärmeüberträger angeordnet sind, die weiter unten beschrieben werden.
Der Hochtemperaturreaktor 2 ist in einer Kaverne 3 eingebaut. Über dem Reaktorkern ist ein Samraelraum 4 zur Aufnahme des in den Reaktor eintretenden kalten Heliums zu erkennen. Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns ist eine Säulenhalle 5 vorgesehen, in der das aus dem Kern austretende erhitzte Helium gesammelt wird. Über vier radialsymmetrische Ein- und Austrittsstutzen ist der Kernreaktor 2 mit dem übrigen Hauptkreislauf verbunden.
Auf einem Kreis um die Reaktorkaverne 3 sind um 90 zueinander versetzt vier Pods 6, 7, 8, 9 angeordnet, und parallel zu diesen befinden sich vier weitere Pods 10, 11, 12, 13, die eben-
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falls symmetrisch, aber auf einem Kreis mit größerem Radius um die Kaverne 3 angeordnet sind. Diese großen Durchbrüche, die ebenso wie die Reaktorkaverne 3 von wassergekühlten und wärmeisolierten Stahllinern 14 umgeben sind, weisen als Abschluß berstsichere Deckel 15 auf, die redundant befestigt sind. Auf einem Kreis mit noch größerem Radius um die Kaverne 3 sind - ebenfalls um 90 zueinander versetzt - vier Pods 20, 21, 22, 23 mit relativ kleinem Durchmesser vorgesehen, die als Abschluß oben einen berstsicheren Deckel 24 und unten einen ebensolchen Deckel 25 aufweisen. Auch diese Pods sind mit wärmeisolierten Stahllinern 14 ausgekleidet.
In jedem der vier Pods 6, 7, 8, 9 ist in Höhe des Reaktorkerns ein Röhrenspaltofen 16 angeordnet. Den Röhrenspaltöfen 16 jeweils nachgeschaltete Dampferzeuger 17 befinden sich' in den Pods 10, 11, 12, 13. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist unterhalb jedes Dampferzeugers 17 in jedem der Pods 10, 11, 12, 13 ein Gebläse 18 vorgesehen, das aus einem einstufigen Axialgebläse besteht. In den Pods 20, 21, 22, 23 ist jeweils ein rekuperativer Wärmeüberträger 19 installiert, wobei jeweils ein rekuperativer Wärmeüberträger 19 einem der Röhrenspaltöfen 16 zugeordnet ist.
Wie die Röhrenspaltöfen 16, die Dampferzeuger 17 und die rekuperativen Wärmeüberträger 19 können auch die Gebläse 18 leicht ausgebaut werden, jedoch im Gegensatz zu den drei erstgenannten Komponenten nach unten.
Die Pods 6, 7, 8, 9 stehen je durch einen horizontalen Durchbruch 26 mit der Reaktorkaverne 3 in Verbindung. In diesem Durchbruch 26 befindet sich eine koaxiale Gasführung 27, bei der in der inneren Leitung 28 das heiße Reaktoraustrittsgas und in dem äußeren Ringspalt 29 das Reaktoreintrittsgas strömt. In einem Ringraum 30 zwischen dem Hochtemperaturreaktor 2 und
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der Reaktorkaverne 3 gelangt das kalte Reaktoreintrittsgas zum Gassammeiraum 4.
Die Röhrenspaltöfen 16 sind je an einer Tragplatte 31 aufgehängt, die mittels eines Flansches an dem Liner 14 des betreffenden Pods befestigt ist. Die Verbindung zwischen den Tragplatten 31 und den Linern 14 ist abgedichtet, so daß ein völlig von dem übrigen Röhrenspaltöfen getrennter Raum 32 entstanden ist. Dieser Raum 32 ist mit reinem Helium beaufschlagt, dessen Druck etwas höher ist als der des Primärgases.
Unterhalb der Tragplatten 31 der Röhrenspaltöfen 16 führen von den Pods 6, 7, 8, 9 horizontale Durchbrüche 33 zu dem jeweils benachbarten der Pods 10, 11, 12, 13. Auch diese Durchbrüche beinhalten eine koaxiale Gasführung 34. Während in den inneren Leitungen 35 das die Röhrenspaltöfen 16 verlassende Gas zu den Dampferzeugern 17 geleitet wird, werden die äußeren Ringspalte von dem in den Gebläsen 18 verdichteten, relativ kalten Gas durchströmt, das zum Hochtemperaturreaktor 2 zurückgeführt wird.
Der gesamte Primärkreislauf ist damit in vier gleiche Stränge unterteilt, die über dem Kernreaktor 2 gekoppelt sind und je pinen Röhrenspaltöfen 16, einen Dampferzeuger 17, ein Gebläse und die entsprechenden Gasleitungen umfassen.
Oberhalb der Tragplatten 31 der Röhrenspaltöfen 16 sind horizontale Durchbrüche 37 vorgesehen, die jeweils von einem der Pods 6, 7, 8, 9 zu einem der Pods 20, 21, 22, 23 führen. Eine durch jeden Durchbruch 37 verlegte Gasführung 38 ist ebenfalls koaxial ausgebildet und weist eine innere Gasleitung 39 und einen äußeren Ringspalt 40 auf, durch den das Prozeßgas den Röhrenspaltöfen zugeleitet wird. In den inneren Gasleitungen 39 wird das heiße Spaltgas aus den Röhrenspaltöfen 16 in die rekuperativen Wärmeüberträger 19 geführt.
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Vier weitere Pods 41, 42, 43, 44, die auf einem Kreis mit kleinerem Radius als die Pods 6, 7, 8, 9 und ebenfalls um 90° versetzt angeordnet sind, dienen zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems 45, das nicht im einzelnen dargestellt ist. Es steht ebenfalls über eine radiale, koaxiale Gasführung 46 mit dem Kernreaktor 2 in Verbindung und ist in der Lage, jeweils 50 % der Nachzerfallswärme abzuführen.
In den Deckeln 25 der Pods 20, 21, 22, 23 sind die Verbindungsleitungen zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern 19 und der (nicht dargestellten) Anlage für die hydrierende Kohlevergasung verlegt. Durch eine Leitung 47 gelangt das Methan/Wasserdampf-Gemisch in die Pods 20, 21, 22, 23 und strömt jeweils durch einen Ringspalt 48 zwischen dem Liner 14 und einer koaxialen Leitung 51, bevor es in den rekuperativen Wärmeüberträger 19 eintritt und diesen mantelseitig durchströmt. Darauf wird das Gemisch durch die äußeren Gasleitungen 40 der koaxialen Gasführungen 38 zu den Röhrenspaltöfen 16 geleitet und gelangt dort
zu je einem Verteiler 49. Von diesem wird das Gemisch den einzelnen Spaltrohren zugeführt, die in der Tragplatte 31 eingeschweißt sind. Das gespaltene Gas wird in je einem Sammler 50 gesammelt und tritt von diesem in die innere Gasleitung 39 der koaxialen Gasführung 38 ein, durch die es jeweils in einen der rekuperativen Wärmeüberträger 19 gelangt. Durch Verteilerköpfe wird das Spaltgas auf die Rohre der Wärmeüberträger 19 verteilt, strömt nach unten und wird durch Sammelköpfe 60 den koaxialen Leitungen 51 im unteren Teil der Pods 20, 21, 22, 23 zugeführt. Diese werden durch die Deckel 25 aus dem Spannbetondruckbehälter 1 heraus- und zu der Anlage für die hydrierende Kohlevergasung weitergeführt.
Durch Zugangsstollen 52 in den Pod-Deckeln 15 sind die Räume oberhalb der Tragplatten 31 in den Schächten 6, 7, 8, 9 leicht zugänglich, so daß der in den Spaltrohren vorhandene Katalysator ausgewechselt werden kann.
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Die Verbindungsleitungen zwischen den Dampferzeugern 17 und der (nicht dargestellten) Dampfturbinenanlage werden durch die Deckel 15 der Pods 10, 11, 12, 13 geführt. In einer Leitung 53 gelangt das Speisewasser jeweils zu Verteilern 54, wird hier auf die einzelnen Dampferzeugerrohre aufgeteilt und nach der Verdampfung und Überhitzung in den Dampferzeugern 17 in je einem Sammler 55 wieder zusammengefaßt. In einer Leitung 56 strömt der Frischdampf zurück zur Dampfturbinenanlage.
Im folgenden wird nochmals im Zusammenhang der Kreislauf des Primärgases durch den Reaktor sowie der Kreislauf des Prozeßgases durch einen der Röhrenspaltöfen beschrieben, wobei nur einer der vier gleichartigen Kreislaufstränge geschildert wird.
Das kalte Helium tritt zunächst mit 41O°C und 39,9 bar in den Sammelraum 4 über dem Reaktorkern ein, durchströmt den Reaktorkern von oben nach unten, wobei es sich erhitzt, und wird in der Säulenhalle 5 gesammelt. Über die vier Reaktoraustrittsstutzen wird es dann auf die vier parallelen Kreislaufstränge aufgeteilt.
Mit 930 C und 39,2 bar gelangt das Helium in die Heißgasführung 28 und tritt von unten in den Röhrenspaltöfen 16 ein. Hier kühlt es sich durch das in den Spaltrohren entgegenströmende Prozeßgas auf eine mittlere Temperatur ab. Durch die koaxiale Verbindungsleitung 34, die es im inneren Rohr 35 durchströmt, wird das Primärgas zu dem Dampferzeuger 17 geführt, in den es mit 780°C und 39,1 bar eintritt. Der Dampferzeuger 17 wird ebenfalls mantelseitig, jedoch von oben nach unten durchströmt. Dabei kühlt sich das Gas durch das entgegenströmende verdampfende Wasser weiter ab und verläßt den Dampferzeuger mit 400°C und 38,7 bar. In dem sich an den Dampferzeuger 17 anschließenden Gebläse 18 wird das Gas auf den höchsten Kreislaufdruck von 40 bar
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verdichtet; seine Temperatur beträgt jetzt 410 C.
Die Rückführung vom Gebläse 18 zum Kernreaktor 2 erfolgt als äußerer koaxialer Gasstrom um alle Primärkreislaufkomponenten und die heißen Gasführungen. In einem Ringspalt 57 zwischen dem Dampferzeuger 17 und dem Stahlliner 14 strömt das aus dem Gebläse 18 austretende, relativ kalte Gas in dem zugehörigen Pod nach oben. Als äußerer Gasstrom 36 der koaxialen Gasführung 34 zwischen je zwei der Pods 6, 7, 8, 9 und 10, 11, 12, 13 gelangt das Gas in einen der Pods 6, 7, S, 9. In einem weiteren Ringspalt 58 zwischen dem Röhrenspaltcfen 16 und dem Stahlliner 14 in dem zugehörigen Pod strömt das Gas nach unten und tritt durch den äußeren Ringspalt 29 in dem horizontalen Durchbruch 26 in die Reaktorkaverne ein. Hier wird das Helium in dem Ringraum 30 zwischen Hochtemperaturreaktor 2 und Reaktorkaverne 3 zum Sammelraum 4 geleitet.
Das Methan/Wasserdampf-Gemisch wird in den rekuperativen Wärmeüberträgern 19 auf 650°C erwärmt und tritt mit 43 bar in die Röhrenspaltöfen 16 ein. Nach der Spaltung hat das Gas am Austritt eine Temperatur von 820°C und einen Druck von 40 bar. Beim Durchströmen der rekuperativen Wärmeüberträger 19 gibt das Spaltgas einen Teil seiner Wärme an das Methan/Wasserdampf-Gemisch ab und verläßt die Wärmeüberträger mit ca. 520 C.
Die Speisewassertemperatur der Dampferzeuger 17 beträgt 170 C und die Frischdampftemperatur 510 C.
Der Raum 32 oberhalb der Tragplatte 31 aller Röhrenspaltöfen 16 ist mit Reinhelium bei einem Druck von 41 bar gefüllt.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    Anlage zum Erzeugen von Wasserstoff, vorzugsweise für die hydrierende Kohlevergasung, durch Ausnutzen der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie, die durch das Kühlgas einer Reihe von Röhrenspaltöfen sowie den Röhrenspaltöfen nachgesehalteten Dampferzeugern zugeleitet wird, wobei der Hochtemperaturreaktor, die Röhrenspaltöf en und die Dampferzeuger in Ausnehmungen eines gemeinsamen Spannbetondruckbehälters untergebracht und in dem Kreislauf des in die Röhrenspaltöfen eingebrachten Prozeßgases rekuperative Wärmeüberträger vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet , daß die rekuperativen Wärmeüberträger (19) ebenfalls in Ausnehmungen(20, 21, 22, 23) des Spannbetondruckbehälters (1) installiert sind, die in unmittelbarer Nähe des jeweils zugehörigen Röhrenspaltöfens (16) angeordnet und durch eine koaxiale Gasführung (38) mit diesem verbunden sind, wobei das kältere Gas als Mantelstrom um die hochtemperaturbeaufschlagten Bauteile geführt ist.
  2. 2) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (47,51) zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern (19) und einer angeschlossenen Anlage für die hydrierende Kohlevergasung unten aus dem Spannbetondruckbehälter (1) herausgeführt werden.
  3. 3) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenspaltöfen (16), Dampferzeuger (17) und rekuperativen Wärmeübertrager (19) in symmetrisch um den in einer zentralen Kaverne (3) befindlichen Hochtemperaturreaktor (2) angeordneten Pods (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 20, 21, 22, 23) ausbaubar installiert sind und unterhalb jedes Dampf-
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    erzeugers (17) ein Gebläse eingebaut (18) ist.
  4. 4) Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgaskreislauf (Primärkreislauf) in mehrere gleiche Stränge unterteilt ist, die je in Hintereinanderschaltung einen Röhrenspaltofen (16), einen Dampferzeuger (17.) und. ein Gebläse (18) sowie Kühlgas führende Verbindungsleitungen (27, 34) umfassen.
  5. 5) Anlage nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl die Kühlgas führenden als auch die Prozeßgas führenden Leitungen (27, 34, 38) zwischen den einzelnen Pods jedes Stranges sowie die Kühlgas führenden Leitungen zwischen den die Röhrenspaltofen (16) enthaltenden Pods (6, 7, 8, 9) und der Reaktorkaverne (3) geradlinig und horizontal ausgeführt sind.
  6. 6) Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgas führenden Leitungen jedes Stranges als koaxiale Gasführungen (27, 34) ausgebildet sind, wobei das kältere Gas jeweils durch den äußeren Leitungsteil (29, 36) geführt ist.
  7. 7) Anlage nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den mit einem Liner (14) ausgekleideten Pods (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) und den in ihnen angeordneten Primärkreislauf-Komponenten (16, 17) jeweils ein Ringspalt (57, 58) für die Gasleitung vorgesehen ist.
  8. 8) Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Röhrenspaltofen (16) vorgesehen sind, die um 90 zueinander versetzt in dem Spannbetondruckbehälter (1) angeordnet sind.
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    - J.7 -
  9. 9) Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pods (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 20, 21, 22, 23) oben und unten durch Deckel (15, 24, 25) druckfest und gasdicht abgeschlossen sind.
  10. 10) Anlage nach den Ansprüchen 2, 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (53, 56) zwischen den Dampferzeugern (17) und einer angeschlossenen Dampfturbinenanlage sowie die Verbindungsleitungen (47, 51) zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern (19) und der Anlage für die hydrierende Kohlevergasung durch die Deckel (15 bzw. 25) verlegt sind.
  11. 11) Anlage nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet , dass innerhalb des Spannbetondruckbehälters (1) ein in an sich bekannter Weise aus einem Gebläse mit oder ohne Rekuperator und einem Kühler bestehendes Nachwärmeabfuhrsystem (45) vorgesehen ist, das in vier auf einem Teilkreis symmetrisch um die Reaktorkaverne (3) angeordnetes Pods (41, 42, 43, 44) installiert ist.
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