DE3209642C2 - Prozeßwärmeerzeugungsanlage für die gemeinsame Erzeugung von Hochtemperaturwärme und Prozeßdampf - Google Patents

Abstract

Die Prozeßwärmeanlage besitzt einen Reaktorblock (1) mit zwei in Reihe hintereinandergeschalteten Wärmeaustauschern (6, 5), von denen der, in Flußrichtung der Kühlmittelströmung im Reaktor (4) gesehen, erste Wärmeaustauscher (6) an einen Prozeßwärmeblock (3) mit einem Gas als Wärmeträger und einer Wärmepumpengruppe (28 + 29) und von denen der zweite Wärmeaustauscher (5) an einen Dampfturbinenblock (2) mit einem elektrischen Generator (10) und Prozeßdampferzeugung geschaltet ist. Der vom Generator (10) des Dampfturbinenblocks (2) erzeugte Strom dient mindestens zur Speisung eines Motors (27), der den Antrieb der Wärmepumpengruppe unterstützt, sowie eines Motors (8) für das Reaktorumwälzgebläse (7) und kann erforderlichenfalls zusätzlich an ein Netz für Eigen- oder Fremdbedarf geschaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prozeßwärmeerzeugungsanlage für die gemeinsame Erzeugung von Hochtemperaturwärme und Prozeßdampf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ähnliche Anlagen ohne Prozeßdampferzeugung finden insbesondere bei der endotherm ablaufenden Kohlevergasung Anwendung, für die vorteilhaft Nuklearenergie als Wärmequelle verwendet werden kann. Dabei kann jedoch das als Reaktorkühlmittel in einem Hochtemperaturreaktor dienende Gas, für das vorzugsweise Helium in Frage kommt, nicht direkt verwendet werden, obwohl man bei solchen Reaktoren auf weitere Sicht Temperaturen von ca. 950⁰C zu erreichen hofft, die für den beispielsweise oben erwähnten Prozeß erforderlich sind. Aus Sicherheitsgründen, namentlich im Hinblick auf radioaktive Verseuchung, müßte de.· Prozeßwärmeteil als Sekundärkreis durch einen Wärmeaustauscher

so vom Reaktor als Primärkreis isoliert werden. Für das genannte hohe Temperaturniveau bietet die Werkstofftechnik aber beim gegenwärtigen Stand der Technik noch keine für diesen Zweck praktisch brauchbaren Materialien. Dazu käme, wenn Helium ohne Wärmetauscher für den besagten Prozeß verwendet werden würde, daß es bei einer Austrittstemperatur nach dem Prozeß von immer noch um die 750⁰C nicht als Reaktorkühlmittel verwendet werden könnte, da es zu diesem Zweck weiter auf 400 bis 300⁰C abgekühlt werden müß-

Eine für eine solche Aufgabe bestimmte Gasturbinenanlage ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 315 bekannt. Sie weist einen Primärkreis auf mit einem Kernreaktor als Wärmequelle, einem Wärmeübertrager und einem Umwälzgebläse, weiters einen Sekundärkreis, der über den genannten Wärmetauscher mit dem Primärkreis zusammenwirkt und von mindestens je einem Verdichter und Wärmeübertrager für das

ξ?ϊ Prozeßgas und einer Expansionsturbine gebildet wird, Sj sowie einen Antriebskreislauf mit einer Gasturbine, S: mindestens einem Kühler und einem Verdichter.
/ Die Kühlgastemperatur am Austritt aus dem Reaktor

;;; ist bei der in Fig. 6 dieser Offenlegungsschrift gezeigten •'■:;. Schaltung so tief, daß das Gas ohne vorherige Expan-. sion in den Wärmeübertrager des Primärkreises geleitet

werden kann. Da zum Antrieb der Umwälzpumpe im : Primärkreis und des Prozeßgasverdichters im Sekun-

p;. därkreis mechanische Energie benötigt wird, ist inner-"' halb des Primärkreises ein eigener Antriebskreis in .; Form einer Gasturbinenanlage vorgesehen. Diese aus Turbine, Verdichter, Generator und Kühler bestehende , Gasturbine ist dabei so dimensioniert, daß ihre Leistung If: den Energiebedarf für die Strömungsmaschinen des Prisi mär- und des Sekundärkreises deckt
ff Dieser Anlagenschaltung haften einige schwerwie-

j;4 gende Nachteile an: Vor allem befinden sich sämtliche ?i: Maschinen und Apparate des genannten A ntriebskrei-

ses im Nuklearkreis, was die Unterbringung und Wartung erschwert. Weiters muß die ganze Nutzenergie elektrisch erzeugt und dann in mechanische zurückverwandelt werden, was mit Verlusten verbunden ist und p; zudem große siektrische Maschinen bedingt. Ferner treten bei der Einfünriing des Mediums vom Antriebskreis in den Primäi kreis Mischverluste auf. Außerdem sind thermodynamische Verluste unvermeidlich, da die Expansionsturbine im Sekundärkreis infolge der hohen sekundärseitigen Temperatur des Prozeßgases vor dem Eintritt in den Wärmeübertrager nur ein geringes Druckverhältnis aufweisen kann.

Da bei dieser Anlage alle Generatorturbinen im Primärkreis des Reaktorblocks liegen, ist es auch nicht möglich, für den Reaktorblock ein metallisches Kühlmittel, wie z. B. Natrium, zu verwenden. Es muß daher für den Reaktorblock Gaskühlung vorgesehen sein. Bei dieser Konzeption ist es auch schwierig, die Anlagenteile im Nuklearkreis unterzubringen und zu warten.

Um diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die US-PS 44 66 249 vor, den Primärkreis so zu vereinfachen, daß für den Primärkreis und den Antriebskreis nicht dasselbe Kreislaufmedium verwendet werden muß, was durch Abzweigung eines Teiles des im Sekundärkreis aufgeheizten Prozeßgases in den Antriebskreis und Einführung des restlichen Prozeßgases in den Antriebskreis bewerkstelligt wird, nachdem letzteres auf wenigstens annähernd den gleichen Zustand wie das in den Antriebskreis abgezweigte Gas gebracht worden ist. Die gesamte, im Antriebskreis vereinigte Gasmenge wird dann vor dem Wiedereintritt in den Sekundärkreis des Wärmeaustauschers in einem Rekuperator vorgewärmt. Der Sekundärkreis weist sodann noch eine Expansionsturbine auf, die neben dem Prozeßgasverdichter einen Generator zur Erzeugung des zum An'rieb des Umwälzgebläses benötigten Stromes antreibt.

Der Hauptvorteil dieser Konzeption wird darin gesehen, daß neben der freien Wahl der Wärmequelle im PrimärkreLs nicht nur eine Gaskühlung, sondern auch Metallkühlung, beispielsweise mit Natrium unter Atmosphärendr^ck, angewendet werden kann.

In der Zeitschrift ETZ-A, Band 96, 1975, Heft 1, S. 2 —8, ist unter dem Titel »Technische Lösungen für den Einsafü nuklearer Prozeßwärme für den Wärmemarkt« eine Anlage für die gemeinsame Erzeugung von Hochiempcraturwärme und Prozeßdampf für die Wasserdampfv<;rgasung von Kohle mit Hilfe nuklearer Wärme beschrieben. Bei dieser Anlage ist es aber nicht möglich, den DaniDfturbinenblock und den Prozeßwärmeblock unabhängig voneinander zu betreiben. Die Möglichkeit eines voneinander unabhängigen Betriebes der beiden Anlagenteile ist aber wichtig für die Inbetriebsetzungsphase von Kernkraftwerken, die dabei stufenweise allmählich bis auf ihre Maximalleistung hochgefahren werden. Erst danach kann der Prozeßwärmeblock zugeschaltet werden. Es ist also zu fordern, daß die beiden Blöcke sowohl gemeinsam parallel als auch der Dampfturbinenblock unabhängig vom Prozeßwärmeblock zu betreiben sind.

Gegenüber dem vorstehend skizzierten Stand der Technik entstand die vorliegende, im Patentanspruch 1 definierte Erfindung aus der Aufgabe, zusätzlich zum Gasturbinenkreis einen sekundären Dampfturbinenkreis so zu integrieren, daß er neben der Erzeugung der Leistung für den Motor des Prozeßgasverdichters sowie großer Mengen von Hochdruckprozeßdampf, wie sie insbesondere für die Kohlevergasung benötigt werden, erforderlichenfalls auch Strom für allgemeine Zwecke liefern kann, wobei die Anlage vorübergehend unabhängig vom Prozeßwärmeblock auch als reiner Stromerzeuger zu betreiben und der Prozeßwärmeteil auch bei Teillast mit Nenntemperaturen zu fahren sein soll.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In der Zeichnung stellen dar

F i g. 1 und 2 das Schema einer erfindungsgemäßen Anlage und die

F i g. 3 eine Variante einer solchen Anlage, schematisch dargestellt.

Falls mit einer gegenständlichen Anlage Hochtemperaturprozeßwärme für die Kohlevergasung erzeugt werden soll, so wird dafür eine Temperatur zwischen 950 und 750⁰C benötigt.

Bei Verwendung eines Kernreaktors als Energiequelle ist es aus den eingangs bei Besprechung des Standes der Technik genannten Gründen erforderlich, zwischen dem Reaktorblock einerseits und dem Dampfturbinenblock bzw. Prozeßwärmeblock andererseits Isolationswärmeaustauscher vorzusehen, deren Warmfestigkeit bei annehmbarer Lebensdauer keim heutigen Stand der Werkstofftechnik nur Temperaturen bis ca. 800⁰C erlaubt. Um die für die Kohlevergasung verlangte höhere Temperatur von z. B. 95O⁰C zu erhalten, kann man, wie bekannt, diese Temperaturspanne durch einen Wärmepumpenprozeß überbrücken. Bei der erwähnten Erwärmung des Mediums in einem Sekundärkreis wird z. B. das wärmetransportierende Mittel im Reaktorkreis von 800⁰C auf ca. 675°C abgekühlt. Mit letzterer Temperatur läßt sich die Reaktorwärme zur Erzeugung von hochwertigem Dampf nutzen, der in einer Dampfturbine zum Antrieb der Wärmepumpe, des Umwälzgebläses im Reaktorblock und sonstiger Hilfseinrichtungen verwendet werden kann, wobei der Wärmeträger im Reaktorkreis beispielsweise auf ca. 340° C abgekühlt werden kann.

Im Falle, daß der Dampfturbine Prozeßdampf entnommen wird, so kann durch die Vorwärmung des dann erforderlichen Speisewassers auf ca. 20O⁰C die Reaktorwärme bis auf ca. 250° C herunter ausgenützt werden.

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anlage für die Ausführung eines solchen Prozesses sind der Reaktorblock, der Dampfturbinenblock und der Prozeßwdrmeblock mit beziehungsweise 1,2 und 3 bezeichnet. Im Reaktorblock 1 bezeichnet 4 einen Reaktor, 5 einen Wärmeaustauscher zwischen dem Reaktor und dem Dampfturbinenblock, 6 einen Wärmeaustauscher zwischen dem Reaktorblock und dem Prozeßwärme-

block und 7 ein von einem Elektromotor 8 angetriebenes Umwälzgetriebe.

Die reaktorseitigen Teile der beiden Wärmeaustauscher sind 5r und 6r, der turbinenseitige Wärmetauscherteil ist mit 5f und der prozeßwärmeseitige Wärmetauscherteil mit Sp bezeichnet.

Die Aufteilung der Wärmeübertragung auf zwei Wärmeaustauscher hat vor allem betriebliche Vorteile. Sie ermöglicht es, den Reaktorblock 1 über den Wärmeaustauscher 5 mit dem Dampfturbinenblock 2 allein bei stillgesetztem Prozeßwärmeblock 3 zu betreiben, wobei dann die Gastemperatur am Reaktoraustritt auf die für die Dampferzeugung erforderliche bzw. höchstzulässige Temperatur begrenzt ist. Im Dampfturbinenblock sind die Hauptteile eine dreigehäusige Dampfturbine 9, die zum Antrieb des Generators IO dient, der die Eigenverbraucher, wie einen Motor zum Antrieb des Prozeßgasverdichters, den Motor 8 für das Umwälzgebläse 7, einen Elektromotor 11 für eine Speisewasserpumpe 12 usw. versorgt, darüber hinaus aber parallel an ein Versorgungsnetz geschaltet werden kann.

Die Aufteilung der Wärmeübertragung auf zwei Wärmeaustauscher 5 und 6 ist natürlich auch deswegen erforderlich, weil man dadurch, unabhängig vom Wärmeträger des Dampfturbinenblocks, im Prozeßwärmeblock das für den jeweils Prozeß geeignetste Fluid verwenden kann.

Weitere wichtige Elemente im Dampfturbinenblock sind ein Regelventil 13 für die Dampfzufuhr zur Turbine 9, ein Kondensator 14, ein Hochdruckvorwärmer 15, eine Dampfbypassleitung 16 mit einem Dampfbypassventil 17, eine das Regelventil 13 und ein Entnahmeventil 18 beeinflussende Regeleinrichtung 19, ferner ein Dampfspeicher 20 mit einem Ventil 21 in seiner Dampfleitung 22 und eine von dieser abzweigende Prozeßdampfleitung 23 zur Lieferung von Dampf für Prozeßzwecke.

Vom Generator 10 werden über elektrische Leitungen 24 und 25 der Elektromotor 8 für das Umwälzgebläse 7 des Reaktorblocks sowie ein Umrichter 26 für einen zum Prozeßwärmeblock gehörenden Elektromotor 27 gespeist. Der Motor 27 dient der Unterstützung einer Turbine 28 der Hochtemperaturwärmepumpe des Prozeßwärmeblocks, die von dieser Turbine 28 und einem Verdichter 29 gebildet wird. Weitere wichtige Komponenten des Prozeßwärmeblocks sind ein Prozeßwärmeverbraucher 30, ein Gasdruckspeicher 31 zur Druckpegelregelung durch Veränderung der Gasfüllmenge im Prozeßwärmekreislauf, Ventile 32 und 33 zur Füllung bzw. Entleerung des Speichers 31, ferner Kühler 34 und 35 für Maschinenkühlgas und Speichergas sowie Regeleiemente, auf die bei der folgenden Beschreibung der Wirkungsweise der Anlage eingegangen wird.

Sobald nach dem Anfahren der Reaktorblock 1 einen Betriebszustand erreicht hat, bei dem er im turbinenseitigen Wärmeaustauscherteil 5/ den für den Betrieb der Dampfturbine erforderlichen Dampf erzeugen kann, wird der Dampfturbinenblock in Betrieb genommen und mit dem vom Generator 10 gelieferten Strom wird über den Umrichter 26 durch den Elektromotor 27 die Hochtemperaturwärmepumpe 28+29 hochgefahren und ihre Drehzahl geregelt. Gleichzeitig wird dabei die Reaktoraustrittstemperatur fortlaufend bis auf ihren Nennwert, z. B. auf 800⁰C, erhöht Falls dieser Phase im Dampfturbinenblock überschüssiger Dampf anfällt, so kann dieser entweder in den Dampfspeicher 20 oder über die Bypassleitung 16 und das Bypassventil 17 in den Kondensator 14 geleitet werden.

Die Leistungsregelung kann im Reaktorkreis durch Drehzahländerungen des Umwälzgebläses 7, im Prozeßwärmekreis durch Veränderung der Gasfüllmenge, d. h., durch Regelung des Druckpegels im Kreislauf, erfolgen, während die Leistung im Dampfturbinenkreis durch Änderung der Speisepumpendrehzahl geregelt oder gesteuert werden kann.

Da neben der im Prozeßwärmeblock erzeugten Prozeßwärme außerdem im Dampfturbinenkreis Prozeßdampf erzeugt wird, ist eine Regelung der Leistung des Generators 10 in Abhängigkeit vom Prozeßdampfslrom erforderlich. Diese geschieht durch Veränderung der Kühlgastemperatur am Eintritt in den Reaktor 4, indem der Hochdruckvorwärmer 15 geregelt und damit die Temperatur im turbinenseitigen Wärmetauscherteil 5r des Wärmeaustauschers 5 beeinflußt wird. Dadurch kann das Verhältnis der Leistungen der beiden Wärmeaustauscher 5 und 6 verändert werden, ohne daß dabei z. B. die Temperaturverhältnisse im Prozeßwärmekreis gestört werden.

Ein Regelvorgang läuft beispielsweise folgendermaßen ab: Zeigt etwa die Temperatur des Prozeßgases, bei dem es sich hier um Helium handeln möge, sinkende Tendenz, so weist dies auf ein Wärmemanko hin. Von einem Temperaturfühler 36 erhält dann das Auslaßventil 33 einen Öffnungsimpuls, wodurch Helium aus dem Gasdruckspeicher 31 vor den Verdichter 29 strömt. Im Speicher wird über eine Prozeßgaszweigleitung 37, den Kühler 35 und das Einlaßventil 32 ein Zwischendruckniveau des Wärmepumpenkreislaufes aufrechterhalten, wobei der Öffnungsimpuls für das Einlaßventil 32 bei steigender Tendenz der Heliumtemperatur nach dem Prozeßwärmeverbraucher 30 ebenfalls vom Temperaturfühler 36 ausgelöst wird.

Durch das aus dem Speicher 31 in den Wärmepumpenkreislauf einströmende Helium wird das Druckniveau und damit bei konstanter Drehzahl der Wärmepumpe der Heliummassenstrom erhöht, wodurch sich die Temperatur am Ausgang des Prozeßwärmeverbrauchers 30 wieder erhöht.

Die Heliumtemperatur vor dem Prozeßwärmeverbraucher 30 wird über die Drehzahl der Wärmepumpe 28 + 29 geregelt, wobei von einem Temperaturfühler 38 und einer Signalleitung 39 der Umrichter 26 entsprechend gesteuert wird.

Der erhöhte Heiiummassenstrom im Wärmepumpenkreislauf entzieht nun dem Wärmeaustauscher 6 und damit auch dem Reaktorkreislauf mehr Wärme und infolgedessen zeigt die Temperatur nach dem reaktorseitigen Wärmetauscherteil 6/· sinkende Tendenz, so daß zum Ausgleich die Drehzahl des Reaktorumwälzgebläses 7 und der Neuironenfluß des Reakturs einsprechend erhöht werden müssen. Um dabei Verzögerungen im Regelkreis und damit die Gefahr von Instabilitäten im ganzen System auszuschalten, werden die Drehzahl des Reaktorumwälzgebläses 7 und der Sollwert des Neutronenflusses proportional zur Drehzahl und zum Eintrittsdruck der Gasturbine 28 der Wärmepumpengruppe gesteuert, wobei die Reaktoraustrittstemperatur als Störgröße aufgeschaltet wird. Die Hauptbestandteile der zugehörigen Regeleinrichtung sind ein Temperaturfühler 40 am Reaktoraustritt, ein Druckgeber 41 nach der Gasturbine 28 der Wärmepumpe, ein Drehzahlgeber 42 der Wärmepumpe, ein Signalprozessor 43, der die von dem Druckgeber 41 und dem Drehzahlgeber 42 erhaltenen Werte zu Stellsignalen für die Drehzahl des Motors 8 des Reaktorumwälzgebläses 7 und der Stelleinrichtung 44 für den Neutronenfluß verarbeitet und diese den ge-

nannten Komponenten über Signalleitungen 45 und 46 zuführt, wobei die Stelleinrichtung 44 außerdem noch vom Temperatursignal des Temperaturfühlers 40 nach dem Reaktor beeinflußt wird.

Bei einem solchen Regelvorgang verlangen die, wenn auch geringfügigen, Drehzahlerhöhungen der Wärmepumpengruppe 28 + 29 und des Umwälzgebläses 7 vom Generator 10 des Dampfturbinenblocks 2 und damit auch von der Dampfturbine 9 mehr Leistung. Diese zusätzliche Leistung wird ohne weiteres durch Drosselung der Prozeßdampfentnahme am Entnahmeventil 18 gewonnen, da der turbinenseitige Wärmetauscherteil 5f praktisch keine Dampfreserve haben kann. Der fehlende Prozeßdampf wird dann dem Dampfspeicher 20 entnommen.

mit dem bei diesem Regelvorgang zunehmenden Reaktorkühlgasstrom steigt nun auch die Leistung des Wärmeaustauschers 5 an, so daß durch eine Erhöhung der Drehzahl der Speisewasserpumpe 12 die Dampferzeugung dem neuen Bedarf angepaßt werden kann. Ob der Dampfturbinenblock im Festdruckbetrieb über das Regelventil 13 oder aber im Gleitdruckbetrieb gefahren wird, hängt weitgehend von den Randbedingungen des Prozeßdampfverbrauchers ab, wobei allenfalls auf umschaltbare Entnahmen übergegangen werden müßte. Da die drei zusammenwirkenden Kreisläufe voneinander abweichende Teillastverhalten aufweisen, was vor allem für den Dampfturbinenkreislauf im Vergleich zu den beiden Gaskreisläufen zutrifft, so können bei Teillast unter Umständen nicht tolerierbare Abweichungen in den Kreislauftemperaturen auftreten. Dies kann durch die Regelung der Hochdruckvorwärmer 15 weitgehend unterdrückt werden.

Der Verdichter 29 und die Turbine 28 der Wärmepumpe erhalten in bekannter Weise innere Kühlung durch den Kühler 34. Dieser Kühler kann zusätzlich zur Lieferung von Prozeßdampf dienen.

Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage kann anhand der in F i g. 2 eingetragenen realistischen, jedoch nicht optimierten Daten abgeschätzt werden. Diese Anlage entspricht der in F i g. 1 dargestellten, wobei jedoch der Übersichtlichkeit halber die Regelkreise weggelassen sind. Für je 1000 kg/s Reaktorkühlheliumstrom ergeben sich etwa 1070 MJ/s Hochtemperaturprozeßwärme, die von 950-750⁰C nutzbar ist, sowie ca. 634 MJ/s Prozeßdampf, und zwar 504 MJ/s aus dem Dampfturbinenblock und 130 M J/s aus dem Kühler 34 der Wärmepumpengruppe. Die Reaktorleistung würde sich dabei auf ca. 2792 MJ/s ( = 650 + 2210-68) belaufen, wovon 1070/2792 a 38,4% auf Hochtemperaturprozeßwärme und 634/2792 ä 22,7% auf Prozeßdampfwärme entfallen. Die Reakiornuizung wäre demnach ca. 61 % und der exergetische Wirkungsgrad knapp unter 40%.

Die in F i g. 3 dargestellte Anlage unterscheidet sich gegenüber jener nach den F i g. 1 und 2 durch eine Niederdruckanzapfleitung 47, durch die Dampf für beispielsweise Trocknungszwecke oder Fernwärme abgezapft werden könnte. Damit könnte man, bezogen auf 250°C Kühlgastemperatur am Austritt des Wärmeaustauschers 5, maximal die folgende Energiebilanz erhalten:

Das Verhältnis von Prozeßdampf- zu Niederdruckdampfwärme könnte natürlich auch anders gewählt werden.

Es ist natürlich auch möglich, die Anlage ohne jegliehe Dampfentnahme für Prozeß- oder Heizzwecke aus der Turbine 9 7u betreiben, wobei aber aus dem Kühler 34 für die Gasturbine 28 und den Verdichter 29 der Wärmepumpengruppe immer noch 130 MJ/s zur Verfügung stehen. In einem solchen Falle würde die Temperatür vor dem Eintritt in den Reaktor von ca. 263° C auf ca. 356°C ansteigen und die thermische Leistung des Reaktors auf ca. 2310 MJ/s abnehmen. Es würden dann 46% Hochtemperaturwärme und 6% Prozeßdampi erzeugt werden, was einer Reaktornutzung von 52% und gut 40% Energie ergibt.

Um die elektrischen Übertragungs- und Umwand lungsverluste zu vermeiden, könnte die Dampfturbine 9 anstelle des Motors 27 mit der Welle der Wärmepumpe 28 + 29 gekuppelt werden, was allerdings zu Wellen- und Schaufelschwingungsproblemen führen könnte, da dann die Dampfturbinenleistung über die Drehzahl geregelt werden müßte.

Den vorstehenden Zahlenbeispielen für die Energiebilanz liegt die Annahme zugrunde, daß der Prozeßdampf bei mindestens 50 bar Druck entnommen wird.

Bei einem Parallelbetrieb der Dampfturbine 9 mit einem Netz wäre die Regelung der Anlage problemlos, weil dann Leistung aus dem Netz bezogen oder an dieses abgegeben werden kann. Da aber die Anlage auch im Inselbetrieb einen kontinuierlichen Vergasungsprozeß gewährleisten kann, sind die beschriebenen Regeleinrichtungen unumgänglich.

Der modulare Aufbau der Anlage ermöglicht eine gute Anpassungsfähigkeit der Auslegung und erlaubt spätere Umbauten, wie sie bei neuen Technologien nötig werden könnten.

Eine vorteilhafte Anordnungsvariante besteht darin, daß der gesamte Primärkreis, d. h. der Reaktor 4, die Wärmeaustauscher 5 und 6, das Reaktorumwäizgebläse 7 sowie die sonstigen zugehörigen Komponenten in einem vorgespannten Betondruckgefäß integriert sind. Alle übrigen Teiie könnten außerhalb desselben installiert sein. Wegen der großen Querschnitte der Verbindungsleitungen des Prozeßwärmekreises sollte dieser,

d. h., der Verdichter 29, die Turbine 28 und der Prozeßwärmeverbraucher 30, der z. B. als Röhrenspaltofen ausgebildet sein kann, noch innerhalb des Reaktorschutzgebäudes plaziert werden, um eventuelle Leckagen auffangen zu können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Prozeßwärme 1070 MJ/s... 38,4%

Prozeßdampfwärme 260 MJ/s... 93%

Niederdruckdamprwärme 1350 MJ/s... 48,4%

Total 2680MJ/s... 96%

Verluste 112 MJ/s... 4%

Thermische Leistung 2792 MJ/s... 100%

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Prozeßwärmeerzeugungsanlage für die gemeinsame Erzeugung von Hochtemperaturwärme und Prozeßdampf, mit einem Reaktorblock (1), der eine Wärmetauschereinrichtung und ein von einem Elektromotor (8) antreibbares Umwälzgebläse (7) für die Kühlung des Reaktors (4) aufweist, mit einem Prozeßwärmeblock (3), der über einen Wärmetauscher (6) thermisch mit dem Reaktorblock gekoppelt ist und mindestens einen Prozeßwärmeverbraucher (30) und eine Wärmepumpengruppe mit einer Gasturbine (28) und einem Verdichter (29) aufweist, die dazu dienen, die Temperatur des Prozeßmediums von dem von der Reaktorwärme erzeugten Niveau auf das für den durchzuführenden Prozeß erforderliche Temperaturniveau zu erhöhen, ferner mit einem einem mit dem Reaktorblock (1) thermisch gekoppelten Dampfturbinenblock (2), dessen Wärmetauscher (5), in Flußrichtung des Reaktorkühlstromes gesehen, nach dem Wärmetauscher (6) des Prozeßwärmeblocks (3) in Reihe mit demselben angeordnet ist, welcher Dampfturbinenblock (2) eine Dampfturbine (9) und einen mit dieser gekoppelten elektrischen Generator (10) aufweist, der mindestens an den Elektromotor (8) zum Antrieb des Umwälzgebläses (7) und an einen mechanisch mit der Wärmepumpengruppe (28+29) gekuppelten Elektromotor (27) geschaltet ist, und daß Einrichtungen zur Regelung der thermischen Leistung des Reaktors und der Prozeßwärmeleistung für einen Prozeßwärmeverbraucher (30) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (28) und der Verdichter (29) der Wärmepumpengruppe in einem vom Kühlkreislauf des Reaktorblocks (1) getrennten Sekundärkreis angeordnet sind, daß der Kreislauf des Arbeitsmittels des Dampflurbinenblocks (2) unabhängig vom Kreislauf des Prozeßmediums im Prozeßwärmeblock (3) ist, daß die Einrichtung zur Regelung der thermischen Leistung des Reaktors (4) einen Temperaturfühler (40) für die Primärgastemperatur nach dem Austritt aus dem Reaktor, einen Drehzahlgeber (42) für die Drehzahl der Wärmepumpengruppe, einen Druckgeber (41) für den Prozeßgasdruck nach der Gasturbine (28) oder unmittelbar vor dein Verdichter (29), einen Signalprozessor (43) zur Verarbeitung der vom Drehzahlgeber

(42) und dem Druckgeber (41) empfangenen Signale zu Ausgangssignalen in zwei Signalleitungen (45 und 46) sowie eine Stelleinrichtung (44) zur Änderung des Neutronenflusses im Reaktor aufweist, wobei die Stelleinrichtung (44) durch den vom Signalprozessor (43) empfangenen Ausgangsimpuls und den vom Temperaturfühler (40) empfangenen Regelimpuls und der Regler des Elektromotors (8) für das Umwälzgebläse (7) durch den vom Signalprozessor

(43) empfangenen Ausgangsimpuls beeinflußt wird, daß die Einrichtung 2iir Regelung der Prozeßwärmeleistung im Prozeßwärmeblock (3) einen Gasspeicher (31) aufweist, der zur Anpassung der Gasfüllmenge im Prozeßwärmekreis mit diesem über ein Einlaßventil (32) und ein Auslaßventil (33) in leitende Verbindung gebracht werden kann, wobei diese Ventile (32, 33) ihre Betätigungsimpulse von einem am Austritt aus dem Prozeßwärmeverbraucher (30) angeordneten Temperaturfühler (36) erhalten, daß ein vom Generator (10) des Dampfturbinenblocks

(2) gespeister Umrichter (26) für den Elektromotor (27) des Prozeßwärmeblocks (3) vorhanden ist und daß zur Regelung der Heißgastemperatur nach dem Verdichter (29) der Wärmepumpengruppe ein Temperaturfühler (38) vorhanden ist, der über eine Signalleitung (39) den Umrichter (26) regelt.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Prozeßdampfleitung (23), die von der Dampfleitung für die Dampfturbine (9) des Dampfturbinenblocks (2) vor derselben abzweigt, durch eine vor der Dampfturbine (9) in den Kondensator (14) der Dampfturbine abzweigende Dampfbypassleitung (16), durch einen parallel zur Dampfleitung der Dampfturbine (9) geschalteten Dampfspeicher (20), durch eine Regeleinrichtung (19) für die Drehzahl der Dampfturbine, durch je ein mit dieser Regeleinrichtung zusammenarbeitendes Regelventil (13) für den Dampfstrom zur Dampfturbine und Entnahmeventil (18) für den Prozeßdampfstrom, sowie dadurch, daß neben dem zur Festdruckregelung vorgesehenen Regelventil (13) für die Dampfturbine (9) eine Gleitdruckregelung mittels einer Speisepumpe (12) im Zusammenwirken mit einem zu- und abschaltbaren Hochdruckvorwärmer (15) vorhanden ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Generator (10) parallel an ein elektrisches Netz geschaltet ist.