DE2550908A1

DE2550908A1 - Verfahren zum abfuehren der im kuehlwasserkreislauf von industrieanlagen anfallenden waerme

Info

Publication number: DE2550908A1
Application number: DE19752550908
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Dr Wieser
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1975-11-13
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1977-05-18

Description

Verfahren zum Abführen der im Kühlwasserkreislauf
von Industrie anlagen anfallenden Wärme Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum S-führen der im Kühlwasserkreislauf von Industrieanlagen, insbesondere Ke rnkrafterken, anfallenden Wärme durch Kühlung des Wassers oder Dampfes in einem Trockenkühlturm.
Es ist bekannt, zur Abgabe von Prozeßwarme an Luft Trockenkühltürme einzusetzen, bei denen das zu kühlende irbeitsmittel - Wasser oder Dampf - durch in einem Luftstrom angeordnete Rohre strömt. Eine derartige Kuhleinrichtung wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift 2 259 348 beschrieben. Aus der Offenlegungsschrift 2 108 615 ist eine luftgekühlte Kondensationseinrichtung mit Naturzug-Kühlturtn für Dampfkraftanlagen bekannt, bei der im Fußbereich des Kühlturms längs seines Umfanges Kondensationselemente angeordnet sind. Weitere Kondensationselemente befinden sich auf einem konzentrischen Kreis im Innern des Kühlturms. Ferner gehört es zum Stand der Technik, zum Abführen der in Industrieanlagen anfallenden Abwärme einen Kühlturm zu verwenden, der aus einem Naßkuhlteil und einem Trockenkühlteil besteht, wobei die Kühlluftströme fiir den Trocken- und den Naßkiihlteil parallel und getrennt voneinander eingeführt und nach dem Wärmetausch gemeinsam abgeführt werden. Ein solcher Kühlturm ist aus der Auslegeschrift 1 806 656 bekann, Es ist auch vorgeschlagen worden, die in dem Wasserkreislauf des Gasturbosatzes eines lIochtemperaturreaktors mit direkt angeschlossener Heliumturbine anfallende Wärme mit Hilfe eines Trockenkfflllturmes abzuführen.
Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, die bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Temperatur in dem Kühlwasserkreislauf einer Industrieanlage gesenkt und damit der Wirkungsgrad der Anlage erhöht werden kann.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil der Wärme des Kühlwasserkreislaufs mittels Friscliwasser abgeführt wird, das sekundärseitig durch einen in Strdmungsrichtung hinter dem Trockenkühlturm in den Kühlt wasserkreislauf geschalteten Wärmetauscher geleitet wird.
In vielen Fällen wird es möglich sein, den Standort einer Industrieanlage, z.B. eines Hochtemperaturreaktors mit Heliumturbine, so zu wählen, daß Frischwasser wenigstens in kleinen Mengen zur Verfügung steht. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügen bereits 10 bis 30 % der bei ausschließlicher Frischwasserkühlung benötigten Kühlwassermenge. Dieser Frischwasseranteil wird dazu benutzt, um die letzte Rückkühlung des in dem Kühlkreislauf strömenden Wassers in dem genannten Wärmetauscher vorzunehmen.
So kann z.'B. durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Kernkraftwerk mit direkt angeschlossener Heliumturbine die Eintrittstemperatur des Heliums in den ersten und zweiten Verdichterteil (Nieder- und Hochdruckstufe des Verdichters) herabgesetzt werden, wodurch sich die Leistung des Gasturbosatzes um 1 bis 2 % steigern läßt.
Eine Absenkung der Helium-Eintrittstemperaturen um beispielsweise 10° C führt bei einem Heliumturbosatz der 1000 MWe-Klasse zu einer Mehrleistung von mindestens 15 MWe der genannten Anlage. Damit ergibt sich eine Erhöhung des Wirkungsgrades um 1 bis 2 %.
Es kann auch angebracht sein, die mögliche Wirkungsgrad-Steigerung nicht voll auszuschöpfen, sondern die mit der Anwendung der Erfindung verbundene Absenkung der Kühlwassertemperatur teilweise dazu zu benutzen, um die Größe des Trockenkühlturms und damit die Kosten für seine Erstellung zu reduzieren.
Wenn es erforderlich sein sollte, kann das Frischwasser auch über einen Naßkühlturm rückgekühlt werden, der zweckmäßigerweise mit dem größeren Trockenkühlturm kombiniert wird. Als Naßkühlturm kann ein Äblaufkühlturm oder ein Umlaufkühlturm verwendet werden. Letzterer kann bei Bedarf auch mit einem Gebläse ausgerüstet sein. Wie bereits erwähnt, ist die Kombination eines Trockenkühlturms mit einem Naßkuhlturm Stand der Technik Eine derartige Sühleinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine wesentlich geringere Schwadenbildung über dem Kühlturm auftritt.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhafterweise so ausgestaltet sein, daß der Naßkiihlturm koaxial oder annähernd koaxial in dem Trokkenkühlturm aufgestellt ist. Bei dieser Bauweise wird die Schwadenbildung selbst dann noch verhindert, wenn der über den Naßkühlturm abgeführte Anteil der in dem Kühlwasserkreislauf anfallenden Wärme größer ist als der über den Trockenkühlturm abgegebene Wärme-Anteil. Dies wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß die aus der oberen Mündung' des Naßhühlturmes austretenden Schwaden von einem aus dem Trockenkühlturm strömenden Schleier warmer Luft umgeben sind, wodurch die Bildung sichtbarer Kondensatwolken verhindert wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar wird der Kühlwasserkreislauf für eine mit einem Hochtemperaturreaktor gekoppelte Heliumturbine gezeigt.
Die Figur läßt einen zylindrischen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, in dem ein graphitmoderierter, heliumgsekühlter Hochtemperaturreaktor 2 installiert ist. An den Hochtemperaturreaktor 2 ist eine einwellige Gasturbine 3 angeschlossen, die starr mit einem Generator 4 gekoppelt ist. Ein Verdichter, der aus einer Niederdruckstufe 5 und einer Hochdruckstufe 6 besteht, sitzt mit der Gasturbine 3 auf einer gemeinsamen Welle 7. Außer der Gasturbomaschine gehören zu dem Primärkreislauf des Hochtemperaturreaktors 2 noch ein Rekuperator 8, ein Vorkühler 9 und ein Zwischenküliler 10.
Ein als s geschlossener Kühlwasserkreislauf 11 ausgebildetes Riicküühlsystem hat die Aufgabe, die Verlustwärme der gesamten Kernkraftanlage über einen Trockenkühlturm 12 an die Atmosphäre abzuführen. Durch Pfeile 13 ist der Eintritt des Kühlluftstromes in den Trockenkühlturm 12 angedeutet. Zu dem Eühlwasserkreislauf 11 gehören die Sekundärseite des Vorkühlers 9 und des Zwischenkühlers 10; primärseitig werden die beiden Kühler von Helium durchströmt, das außen an den Kühlrohren entlanggeffihrt wird. Ferner ist in dem Kühlwasserkreislauf 11 noch eine Umwälzpumpe 14 angeordnet Hinter dem Trockenkühlturm 12 - in Richtung des strömenden Wassers gesehen - befindet sich in dem Kühlwasserkreislauf 11 ein Wärmetauscher 15, der sekundärseitig mit Prischwasser beaufschlagt wird. Das Frischwasser wird mittels einer Pumpe 16 einem Fluß 18 entnomnien. Zur Rückkühlung des Frischwassers ist ein als Ablaufkülilturm ausgebildeter Naßkülllturm 17 vorgesehen, der koaxial in dem Trockenlciilllturm 12 installiert ist. Die Zufuhr des Kühlluftstromes in den Naßkühlturm 17 erfolgt durch einen Kanal 19, in dem eine Drossel 20 angeordnet ist. Aus dem Naßkühlturm 17 wird das abgekühlte Frischwasser durch eine Leitung 21 dem Fluß 18 wieder zugeführt.
Im Primarkreislauf des Hochteniperaturreaktors 2 wird das in dem Reaktorkern erhitzte Helium zunächst der Gasturbine 3 zugeleitet,. in der es sich entspannt. Darauf wird es zu dem Rekuperator 8 geführt, den es mantelseitig durchströmt. Dabei wird das Gas mit dem kalten, auf der Hochdruckseite des Rekuperators 8 strömenden Gas heruntergekühlt und gelangt zu dem Vorkühler 9, den es ebenfalls mantelseitig durchströmt. Hierbei wird das Helium auf die unterste Prozeßtemperatur rückgekühlt und anschließend der Niederdruckstufe 5 des Verdichters zugeführt. Nach einer ersten Verdichtung wird das Gas dem Zwischenkühler 10 mantelseitig zugeleitet und tritt darauf in die Hochdruckstufe 6 des Verdichters ein. Hier wird das Helium auf den maximalen Prozeßdruck angehoben. Sodann gelangt das Hochdruckgas zu dem Rekuperator 8 und wird dort auf dessen Rohrbündel verteilt. Nachdem es von der Niederdruckseite des Rekuperators 8 Wärme aufgenommen hat, wird das Hochdruckgas anschließend dem Kern des Hochtemperaturreaktors 2 wieder zugeführt.
Wie bereits beschrieben, wird beim Durchströmen des Vorkühlers 9 und des Zwischenkühlers 10 die Temperatur des Heliums herabgesetzt, so daß das Gas mit der niedrigsten Prozeßtemperatur zunachst in die Niederdruck- und sodann in die Hochdruckstufe des Verdichters eintritt. Eine Absenkung der Helium-Eintrittstemperatur in die beiden Verdichterstufen 5 und 6 führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Gas turbe satzes und damit zu einer Mehrleistung der gesamten Anlage. Die ge-rünschte Temperatursenkung wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß dem in dem Kühlwasserkreislauf 11 strömenden Wasser nach Durchgang durch den Trockenkühlturm 12 in dem Wärmetauscher 15 weitere Wärme entzogen wird, ehe das Wasser wieder den Rohrbündeln des Vorkühlers 9 und des Zwischenkühlers 10 zugeleitet wird.
In dem Wärmetauscher 15 wird die restliche Wärme von dem aus dem Fluß 18 zugeführten Frischwasser aufgenommen, das nach Rückkühlung in dem Naßkühlturm 17 wieder in den Fluß 18 zurückkehrt.
Ist die verfügbare Prisckfassermenge sehr klein, so wird das Kühlwasser im Umlaufverfahren über den Naßkühlturm geführt1 Frischwasser nur als Ersatz der Verdunstungsverluste zugesetzt.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche i);Verfahren zum Abführen der im Kühlwasserkreislauf von Industrieanlagen, insbesondere Kernkraftwerken, anfallenden Wärme durch Kühlung des Wassers oder Dampfes in einem Trockenkühlturm, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wärme des Kühlwasserkreislaufs (11) mittels Frischwasser abgeführt wird, das sekundärseitig durch einen in Strömungsrichtung hinter dem Trockenkühlturm (12) in den Kühlwasserkreislauf (11) geschalteten Wärmetauscher (15) geleitet wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetS daß das Frischwasser in einem Naßlxhlturm (17) rückgekühlt wird.
3) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Naßkühlturm (17) koaxial oder annähernd koaxial in dem Trockenkühlturm (12) installiert ist.