DE2656463C3 - Kernkraftanlage mit gasgekühltem Reaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernkraftanlage mit gasgekühltem Reaktor, dem in einem Gaskreislauf eine Turbine, ein Gaskühler sowie ein Verdichter nachgeschaltet sind, wobei die Abgase der Gasturbine in dem Kühler das Arbeitsmittel eines Dampferzeugers aufheizen, der einen Vorwärmer, einen Verdampfer sowie einen Überhitzer aufweist, von dem aus eine Frischdampfleitung zu einer Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung führt, für weiche Wärmeübertrager, bezogen auf den Gasstrom, dam Ende des Gaskühlers im Bereich der bereits durch den Verdampfer gekühlten Abgase angeordnet sind.

Kernkraftanlagen der genannten Art sind bekannt (DE-OS 24 61 772); um ihren Gesamiwirkungsgrad zu verbessern, erfolgt bei ihnen in für konventionell beheizte Dampferzeuger an sich bekannter Weise eine Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels. Diese führt — um nicht kostspielige austenitische Stähle verwenden zu müssen — nicht in einen Bereich hoher Temperaturen, die möglichst nahe an die Frischdampfiemperaturen heranreichen, sondern nur zu Temperaturen im Bereich der Sattdampftemperaturen.

Bei einer ersten Ausführungsform der bekannten Anlage ist das primäre Reaktorkühlmittel gasförmig. Die Zwischenüberhitzung erfolgt hier direkt durch dieses Reaktorkühlmittel; für die Zu- und Wegführung des teilentspannten Dampfes sind umfangreiche und aufwendige Rohrleitungen sowie, wegen der möglichen Radioaktivität der Gase, äußerst gasdichte Durchführungen dieser Leitungen durch das Gaskühlergehäuse erforderlich, was einen erheblichen Anlagenaufwand bedingt.

Die Zwischenüberhitzung erfolgt bei einer zweiten Ausführungsform der bekannten Anlage über einen Zwischenkreislauf, in dem — wie im primären Kühlkreislauf des Reaktors — flüssiges Natrium zirkuliert; der für diesen Zwischenkreislauf notwendige Anlagenaufwand, insbesondere für das. Anfahren der Anlage, ist ebenfalls relativ groß.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand für die Zwischenüberhitzung bei Anlagen der eingangs genannten Art zu reduzieren. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Zwischenüberhitzer indirekt von im Gasstrom erhitztem Speisewasser des Dampferzeugers beheizt ist, das anschließend in den Gaskühler zurückfließt.

Der Transport des Speisewassers zum und vom Zwischenüberhitzer erfordert nur Leitungen relativ geringen Volumens. Ihre Durchtritte durch das Gaskühlergehäuse werden daher erheblich kleiner und weniger aufwendig als diejenigen von Dampfleitungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert
Die Figur gibt schematisch eine Anlage gemäß der

ίο Erfindung wieder.

Bei der Anlagenschaltung ist ein Hochtemperaturreaktor über eine Heißgasleitung 2 mit einer Gasturbine 3 verbunden, von der aus eine Abgasleitung 4 zu einem Gaskühler 5 führt. An dessen Austritt ist eine Verbindungsleitung 6 angeschlossen, die den Kühlgaskreislauf des Reaktors 1 über einen Verdichter 7 schließt.

Der Gaskühler 5 enthält die Heizflächen eines Dampferzeugers, die in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zunächst einen Vorwärmer IO umfassen, den eine Leitung 35, die — ebenso wie die noch beschreibende Leitung 37 — nur relativ geringen Durchmesser hat und daher keine aufwendigen Durchtritte durch das Gehäuse des Kühlers 5 benötigt, mit der Primärseite eines außerhalb gelegenen Wärmeübertragers 36 verbindet, von diesem führt die erwähnte Leitung 37 zurück in den Kühler 5 zur nochmaligen Aufwärmung des Speisewassers, das einen Teil seiner Wärme im Wärmeübertrager 36 an den teilentspannten Dampf abgegeben hat, in einen weiteren Vorwärmer 40. Das zum zweiten Mal aufgewärmte Speisewasser gelangt dann aus dem Vorwärmer 40 in einen Verdampfer 11 und weiter in einen Überhitzer 12.

r> Der Überhitzer 12 schließt über eine Frischdampfleitung 13 an eine Hochdruckdampfturbine 14 an, deren Austrittsstutzen der Dampfturbine 14 über eine sogenannte kalte Schiene oder Leitung 15 mit der Sekundärseite des Wärmetauschers 36 verbunden ist, von der aus eine sogenannte warme Schiene oder Leitung 17 zum Eintrittsstutzen einer Niederdruckturbine 20 führt, die vorteilhafterweise unmittelbar auf einem Kondensator 21 sitzt. Den Kondensator 21 verbindet eine Kondensatleitung 25 mit einer Kondensatpumpe 26 und einem Speisewasserbehälter 27, von welchem eine Speisewasserleitung 28 über eine Speisepumpe 29 zum Vorwärmer 10 den Arbeitsmittelkreislauf des Dampferzeugers schließt.

Die Funktionsweise der Anlage gemäß der Erfindung sei abschließend kurz skizziert.

Das Reaktorkühlmittel, beispielsweise Helium, durchströmt den vom Reaktor 1, der Turbine 3, dem Dampferzeuger 5 und dem Verdichter 7 gebildeten Gaskreislauf. Durch seine Expansion in der Turbine 3 wird dieses Gas auf rund 600" C gekühlt. Der Dampferzeuger, d. h. die Hei/flächen 10, 40, U, 12, die Speisepumpe 29 und die Turbinen 14 und 20 sind derart ausgelegt, daß das in den Gaskühler 5 eingespeiste Wasser /.. B. bei 190 at verdampft und auf etwa 53O"C

bo überhitzt wird, wie dies etwa in konventionell beheizten Dampfkraftanlagen der Fall ist; der überhitzte Dampf wird dann in der HD-Turbine 14 entspannt.

Verglichen mit den genannten konventionellen Anlagen wird dabei in der Hochdruckturbine 14 ein

j.,1 größeres Gefälle verarbeitet, so daß der Dampf auf eine unterhalb 200⁰C, vorzugsweise auf eine bei ca. 120°C liegende Temperatur expandiert. Bei diesem Zustand weist der Dampf erhebliche Feuchte auf; der Zwischen-

überhitzer 36, in den der Dampf aus der Turbine 14 eintritt, wirkt daher im gewissen Umfang als Nachverdampfer, so daß der Dampf im wesentlichen trocken oder leicht überhitzt die Niederdruckturbine 20 erreicht, in der er auf den im Kondensator 21 herrschenden Druck entspannt wird.

Die relativ geringe Temperaturdifferenz zwischen Zwischenüberhitzer 36 und Kondensator 21 läßt erwarten, daß die in den Zwischenüberhitzer 36 eingeführte Wärme mit einem relativ geringen Wirkungsgrad in mechanische Arbeit umgesetzt wird; dieser vermeintliche Nachteil wird jedoch dadurch kompensiert, daß in der Niederdruckturbine 20 die strömungstechnischen Verhältnisse verbessert werden, weil der relative Anteil an Feuchtigkeit verhältnismäßig niedrig ist Darüber hinaus wird im Gaskühler 5 dem Kühlgas zusätzlich soviel Wärme mit gleichzeitiger Temperaturerniedrigung entzogen, daß die Antriebsleistung für den Verdichter 7 erheblich verringert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kernkraftanlage mit gasgekühltem Reaktor, dem in einem Gaskreislauf eine Turbine, ein Gaskühler sowie ein Verdichter nachgeschaltet sind, wobei die Abgase der Gasturbine in dem Kühler das Arbeitsmittel eines Dampferzeugers aufheizen, der einen Vorwärmer, einen Verdampfer sowie einen Überhitzer aufweist, von dem aus eine Frischdampfleitung zu einer Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung führt, für welche Wärmeübertrager, bezogen auf den Gasstrom, am Ende des Gaskühiers im Bereich der bereits durch den Verdampfer gekühlten Abgase angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenüberhitzer (36) indirekt von im Gasstrom erhitztem Speisewasser des Dampferzeugers beheizt ist, das anschließend in den Gaskühler (5) zurückfließt.