DE3626717A1 - Mit dem kuehlgas eines ht-kleinreaktors beheizter dampferzeuger aus mehreren teilsystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit dem Kühlgas eines HT-Kleinre­ aktors beheizten Dampferzeuger aus mehreren Teilsystemen, der oberhalb des HT-Kleinreaktors angeordnet und mit diesem in ei­ nem stehenden zylindrischen Stahldruckbehälter untergebracht ist, wobei der Dampferzeuger mit Hilfe von ihm nachgeschalteten Kühlgasgebläsen von unten nach oben von dem erhitzten Kühlgas durchströmt wird und wobei jedes Teilsystem einen eigenen Ver­ teiler und Sammler für das Sekundärmedium besitzt und alle Ver­ teiler und Sammler oberhalb des Heizflächenbereichs in gleicher Höhe angeordnet sind.

Ein derartiger Dampferzeuger wird in der deutschen Patentanmel­ dung P 35 18 515.5 beschrieben. Bei diesem Dampferzeuger sind mindestens zwei voneinander unabhängige Teilsysteme vorgesehen, deren im Querschnitt kreisringförmige Rohrbündel koaxial inein­ ander angeordnet und je von einem inneren und einem äußeren Man­ tel umgeben sind. Die auf diese Weise gebildeten Ringräume wer­ den getrennt mit dem von dem HT-Kleinreaktor kommenden erhitzten Kühlgas beheizt, und jedem Rohrbündel ist ein eigenes Kühlgasge­ bläse zugeordnet, das durch eine besondere Kaltgasführung mit dem jeweiligen Ringraum verbunden ist. Jedes Teilsystem weist zur Lastabtragung auf den Stahldruckbehälter eine eigene Stütz- oder Hängekonstruktion auf. Diese kann z.B. aus an dem äußeren Mantel jedes Teilsystems angebrachten Pratzen bestehen, die sich oberhalb der untereinander auf gleicher Höhe liegenden Sammler und Verteiler für das Sekundärmedium befinden.

Zwei weitere Dampferzeuger ähnlicher Bauart sind in der deut­ schen Patentanmeldung P 35 30 715.3 und der deutschen Offenle­ gungsschrift 33 45 113 dargestellt. Auch hier sind für jedes Teilsystem gesonderte Leiteinrichtungen für die Führung des Kaltgases von dem Rohrbündel zu dem zugeordneten Kühlgasgebläse vorgesehen, und jedes von Gasführungshemden umschlossene, im Querschnitt ringförmige Rohrbündel wird getrennt mit Kühlgas beheizt. Die Verteiler und Sammler für das Sekundärmedium der einzelnen Teilsysteme sind hier jedoch nicht in einer horizon­ talen Ebene angeordnet, sondern sind übereinander gestaffelt.

Zum Stand der Technik wird schließlich noch die DE-OS 34 18 528 genannt, die einen Dampferzeuger mit einem einzigen von einem Mantel umgebenen Heizflächenbündel in Helix-Bauweise betrifft. Das einen ringförmigen Querschnitt aufweisende Heizflächenbün­ del ist um ein Kernrohr angeordnet, das von Heizrohren frei ist. Die Bündelrohre sind durch mehrere vertikale Tragplatten fixiert, die oben am Mantel des Dampferzeugers angeschweißt sind.

Von dem Dampferzeuger mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen der­ artigen Dampferzeuger so auszubilden, daß er einmal weniger Platz benötigt und daß zum anderen eine mit dem Dampferzeuger bestückte Kernreaktoranlage eine höhere Verfügbarkeit hat.

Gemäß der Erfindung ist die Lösung der gestellten Aufgabe durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:

• a) Der Dampferzeuger weist in an sich bekannter Weise einen zylindrischen Mantel sowie ein koaxial zu diesem angeord­ netes Kernrohr auf;
• b) in dem von dem Mantel und dem Kernrohr begrenzten Ringraum sind die als mehrgängige Rohrzylinder ausgebildeten Rohr­ bündel aller Teilsysteme angeordnet, wobei die verschiede­ nen Rohrbündel ineinander gewickelt sind und gemeinsam mit dem Kühlgas beheizt werden;
• c) die Rohrbündel sind in an sich bekannter Weise zur Lastab­ tragung durch radial angeordnete vertikale Tragplatten fi­ xiert, die an dem Mantel oder an dem Kernrohr befestigt sind;
• d) es sind mindestens zwei Kühlgasgebläse vorgesehen, die in an sich bekannter Weise oben auf den Stahldruckbehälter aufgesetzt sind und denen gemeinsam der gesamte aus dem Dampferzeuger austretende Kaltgasstrom zugeleitet wird;
• e) die Druckseiten der Kühlgasgebläse stehen miteinander in Verbindung.

Ein gemäß der Erfindung ausgeführter Dampferzeuger weist gegen­ über den bekannten Dampferzeugern eine Reihe von Vorteilen wirt­ schaftlicher wie auch betrieblicher und sicherheitstechnischer Art auf. Durch das Ineinanderwickeln der Rohrbündel aller Teil­ systeme wird wesentlich weniger Platz benötigt, und es entfal­ len die Herstellungs- und Montagekosten für Gasführungsmäntel für das Heißgas und für Leiteinrichtungen für das Kaltgas. Da die Kühlgasgebläse nicht den einzelnen Teilsystemen zugeordnet sind, sondern mit dem gesamten Kaltgasstrom beaufschlagt wer­ den, ergibt sich bei Ausfall eines der Kühlgasgebläse eine höhe­ re Verfügbarkeit der gesamten Anlage gegenüber den bekannten Anlagen. Absperrorgane für die Kühlgasgebläse sind nicht erfor­ derlich.

Der erfindungsgemäße Dampferzeuger zeigt sowohl im Betrieb als auch bei einem Störfall ein günstiges Verhalten. Der Betrieb ist auch bei Ausfall eines Teils der Bespeisung sichergestellt, da nicht der gesamte Dampferzeuger als Wärmesenke ausfällt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Dampferzeuger gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den oberen Teil dieses Dampferzeugers mit den Kühlgasgebläsen und der Gasströmung bei Aus­ fall eines Kühlgasgebläses,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Dampferzeuger in Höhe der Verteiler und Sammler,

Fig. 4 die Rohrwicklungen der Dampferzeuger-Teilsy­ steme,

Fig. 5 eine Alternative zu den in Fig. 4 gezeigten Rohrwicklungen,

Fig. 6 die feste Verbindung zwischen einem Bündelrohr und seiner vertikalen Tragplatte im Längsschnitt,

Fig. 7 die Durchführung eines Bündelrohres durch die Tragplatte eines anderen Teilsystems im Längs­ schnitt,

Fig. 8 die Draufsicht auf die Fig. 7,

Fig. 9 die Anordnung der vertikalen Tragplatten im Querschnitt,

Fig. 10 eine Alternative zur Fig. 9,

Fig. 11 eine weitere Alternative zur Fig. 9.

Die Fig. 1 läßt einen stehenden zylindrischen Stahldruckbehäl­ ter 1 erkennen, dessen oberer Teil 1 a eingezogen ist und einen Dampferzeuger 2 aufnimmt. In dem unteren Behälterteil ist ein HT-Kleinreaktor 3 installiert, dessen Kern aus einer Schüttung 4 kugelförmiger Brennelemente besteht. Diese wird von unten nach oben von einem Kühlgas (Helium) durchströmt. Die Schüttung 4 ist allseitig von einem Graphitreflektor 5 umschlossen, von dem nur der zylindrische Seitenreflektor 6 und der Deckenreflektor 7 zu sehen sind.

Der Deckenreflektor 7 weist Durchtrittsöffnungen 8 für das Kühl­ gas auf, die den Deckenreflektor 7 mit einem Heißgassammelraum 9 verbinden. An den Heißgassammelraum 9 schließt sich oben der Dampferzeuger 2 an. Das abgekühlte Gas verläßt den Dampferzeu­ ger 2 oben, wird in zwei Kühlgasgebläsen 10 (die weiter unten noch näher beschrieben werden) verdichtet und tritt dann in ei­ nen ersten Ringraum 11 zwischen dem Dampferzeuger 2 und dem Druckbehälterteil 1 a und darauf in einen zweiten Ringraum 12 zwischen dem unteren Teil des Druckbehälters 1 und dem Seiten­ reflektor 6 ein. Aus dem Ringraum 12 wird das Kaltgas schließ­ lich von unten dem HT-Kleinreaktor 3 wieder zugeführt (nicht dargestellt).

Der Dampferzeuger 2 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei voneinander unabhängigen Teilsystemen A und B, die in ei­ nem Ringraum 13 angeordnet sind, welcher auf der äußeren Seite von einem zylindrischen Mantel 14 und auf der inneren Seite von einem Kernrohr 15 begrenzt wird. Die Rohrbündel 16 der beiden Teilsysteme A, B sind als mehrgängige Zylinder ausgebildet, wo­ bei die beiden Rohrbündel ineinander gewickelt sind. Sie werden gemeinsam mit dem unten in den Ringraum 13 eintretenden heißen Kühlgas beheizt.

Für die Wicklung der Rohrbündel 16 der beiden Teilsysteme A und B sind mehrere Alternativen möglich, von denen zwei in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind. In der Fig. 4 sind die beiden Rohr­ zylinder so gewickelt, daß die Rohrwindungen 17 des ersten Teil­ systems A und des zweiten Teilsystems B in jeder horizontalen und vertikalen Ebene alternieren. Die Fig. 5 läßt zwei Rohrzy­ linder erkennen, bei denen die Rohrwindungen 17 der beiden Teil­ systeme A und B jeweils eine ganze horizontale Ebene belegen, wobei die von dem ersten Teilsystem A und die von dem zweiten Teilsystem B belegten horizontalen Ebenen in vertikaler Richtung alternieren. (Bei den Fig. 4 und 5 ist nur jeweils die eine Seite des im Längsschnitt dargestellten Ringraumes 13 gezeigt).

Die Lastabtragungen der beiden ineinander gewickelten Teilsyste­ me A und B erfolgt mit Hilfe von oben an dem Mantel 14 ange­ brachten Tragpratzen 18, die auf einem an dem oberen Druckbehäl­ terteil 1 a vorgesehenen Tragring 19 aufliegen. Oberhalb der Trag­ pratzen 18 befindet sich das Sammel- und Verteilsystem des Dampferzeugers 2 für das Sekundärmedium.

Jedes der beiden Teilsysteme A und B besitzt einen Verteiler 20 für das zuzuführende Speisewasser und einen Sammler 21 für den abzuführenden Frischdampf. Die Verteiler 20 und die Sammler 21 sind als Lochplatten ausgebildet. An diese schließt sich nach außen für jedes Teilsystem eine Speisewasserleitung 22 bzw. ei­ ne Frischdampfleitung 23 an. Die Lochplatten 20, 21 sind innen an dem Mantel 14 angebracht, wobei sie gleichmäßig über den Um­ fang des Mantels 14 verteilt sind. Die zu jedem Teilsystem A oder B gehörenden beiden Lochplatten 20, 21 sind zueinander diametral angeordnet.

An die Lochplatten oder Verteiler 20 der beiden Teilsysteme A, B bzw. an deren Lochplatten oder Sammler 21 schließen sich nach innen Verbindungsrohre 24 bzw. 25 an, die eine Dehnzone durch­ laufen und zu den Rohrbündeln 16 führen bzw. sich an Rückfüh­ rungsrohre 26 für den Frischdampf anschließen. Die Rückführungs­ rohre 26 sind mit den unteren Enden der Rohrbündel 16 verbunden und durch das Kernrohr 15 verlegt.

Um zu verhindern, daß von dem Frischdampf im Bereich der Dehn­ zone Wärme an das aus dem Dampferzeuger 2 austretende Kaltgas abgegeben wird, muß eine thermische Isolierung vorgesehen sein. Zur einfacheren Gestaltung dieser (nicht dargestellten) Isolie­ rung ist die Anordnung aller Lochplatten so getroffen, daß die Verbindungsrohre 24 der beiden Teilsysteme A, B zu einem ersten Bereich I und die Verbindungsrohre 25 zu einem zweiten Bereich II zusammengefaßt werden können. Es ist dann nur notwendig, die im Bereich II vorhandenen Verbindungsrohre 25 gegen das Kaltgas thermisch zu isolieren. In der Fig. 3 ist die Zusammenfassung der Verbindungsrohre 24 bzw. 25 zu den Bereichen I bzw. II dar­ gestellt.

Die beiden Kühlgasgebläse 10 sind oben auf den Druckbehälterteil 1 a aufgesetzt, wobei sie sich jeweils in einem dichten Gehäuse 27 befinden. Der Mantel 14 weist oben einen gewölbten Boden 28 auf, an den zwei Stutzen 29 angeschlossen sind. Durch zwei je­ weils über eine Schiebeverbindung mit den Stutzen 29 verbundene Saugleitungen 30 wird das Kaltgas den beiden Kühlgasgebläsen 10 zugeführt. Die Druckseiten 31 der beiden Gebläse stehen mitein­ ander in Verbindung.

Bei Normalbetrieb - wie in Fig. 1 dargestellt - wird in jedem der beiden Kühlgasgebläse 10 die Hälfte des gesamten aus dem Ringraum 13 austretenden Kaltgases verdichtet; d.h. es ist kein gesondertes Gebläse für jedes Teilsystem vorgesehen. Fällt ei­ nes der beiden Kühlgasgebläse 10 aus - der Fall ist in der Fi­ gur 2 gezeigt -, so übernimmt das funktionsfähig gebliebene Ge­ bläse die Verdichtung des gesamten Kaltgases, und der Dampfer­ zeuger 2 bleibt verfügbar. In der Fig. 2 ist der Strömungsver­ lauf des Kaltgases bei Ausfall des rechten Kühlgasgebläses dar­ gestellt.

Die Lastabtragung der beiden Rohrbündel 16 auf den Mantel 14 erfolgt mit Hilfe von radial angeordneten vertikalen Tragplat­ ten 32 (in Fig. 1 nicht dargestellt). In diesen Tragplatten sind die einzelnen Bündelrohre 33 jeweils mittels einer Klemm­ verbindung 34 fixiert, wie die Fig. 6 erkennen läßt. Die Trag­ platten 34 weisen außerdem Aussparungen 35 auf, deren Größe so bemessen ist, daß ein Bündelrohr 33 mit Spiel hindurchgeführt sein kann, so daß die thermische Dehnung der Bündelrohre 33 nicht behindert wird. Dies läßt sich den Fig. 7 und 8 entneh­ men.

Die Bündelrohre 33 des Teilsystems A sind in einem ersten Teil der Tragplatten 32 fixiert und durch den zweiten Teil der Trag­ platten gemäß Fig. 7 und 8 frei hindurchgesteckt. Die Bündel­ rohre 33 des Teilsystems B sind in dem zweiten Teil der Trag­ platte 32 mittels der Klemmverbindungen 34 befestigt, in dem ersten Teil der Tragplatten jedoch frei geführt.

Die Tragplatten 32 der beiden Teilsysteme A und B können unter­ schiedlich befestigt sein. Wie die Fig. 9 zeigt, sind die Trag­ platten 32 des Teilsystems A (also die Tragplatten, in denen die Bündelrohre 33 dieses Systems fixiert sind) außen an dem Kern­ rohr 15 angeschweißt, während die Tragplatten 32 des Teilsystems B innen an dem Mantel 14 angeschweißt sind. Die Tragplatten der beiden Teilsysteme A und B sind dabei alternierend angeordnet.

Bei der in der Fig. 10 dargestellten Alternative sind die Trag­ platten 32 des Teilsystems B ebenfalls am Mantel 14 befestigt, die Tragplatten 32 a des Teilsystems A hingegen sind schwimmend angeordnet.

In der Fig. 11 ist eine weitere Alternative der Anordnung der vertikalen Tragplatten gezeigt. Hier werden die Bündelrohre 33 der beiden Teilsysteme A und B von gemeinsamen Tragplatten 36 gehalten, und diese Tragplatten sind an dem Mantel 14 befestigt.

Claims (11)

1. Mit dem Kühlgas eines HT-Kleinreaktors beheizter Dampfer­ zeuger aus mehreren Teilsystemen, der oberhalb des HT- Kleinreaktors angeordnet und mit diesem in einem stehenden zylindrischen Stahldruckbehälter untergebracht ist, wobei der Dampferzeuger mit Hilfe von ihm nachgeschalteten Kühl­ gasgebläsen von unten nach oben von dem erhitzten Kühlgas durchströmt wird und wobei jedes Teilsystem einen eigenen Verteiler und Sammler für das Sekundärmedium besitzt und alle Verteiler und Sammler oberhalb des Heizflächenbereichs in gleicher Höhe angeordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) der Dampferzeuger (2) weist in an sich bekannter Wei­ se einen zylindrischen Mantel (14) sowie ein koaxial zu diesem angeordnetes Kernrohr (15) auf;
• b) in dem von dem Mantel (14) und dem Kernrohr (15) be­ grenzten Ringraum (13) sind die als mehrgängige Rohr­ zylinder ausgebildeten Rohrbündel (16) aller Teilsy­ steme (A, B) angeordnet, wobei die verschiedenen Rohr­ bündel (16) ineinander gewickelt sind und gemeinsam mit dem Kühlgas beheizt werden;
• c) die Rohrbündel (16) sind in an sich bekannter Weise zur Lastabtragung durch radial angeordnete vertikale Tragplatten (32, 36) fixiert, die an dem Mantel (14) oder an dem Kernrohr (15) befestigt sind;
• d) es sind mindestens zwei Kühlgasgebläse (10) vorgese­ hen, die in an sich bekannter Weise oben auf den Stahldruckbehälter (1) aufgesetzt sind und denen ge­ meinsam der gesamte aus dem Dampferzeuger (2) austre­ tende Kaltgasstrom zugeleitet wird;
• e) die Druckseiten (31) der Kühlgasgebläse (10) stehen miteinander in Verbindung.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler (20) bzw. Sammler (21) je aus einer innen an dem Mantel (14) angebrachten Lochplatte bestehen, an die sich nach außen je eine Speisewasserleitung (22) bzw. Frischdampfleitung (23) und nach innen durch eine Dehnzone zu den Teilsystemen (A, B) geführte Verbindungsrohre (24, 25) anschließen.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischdampf-Rückführungsrohre (26), die das untere En­ de der Rohrbündel (16) mit den Frischdampf-Verbindungsroh­ ren (24) verbinden, in dem Kernrohr (15) verlegt sind.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lochplatten (20, 21) jedes Teilsystems (A bzw. B) diametral zueinander angeordnet und die Lochplatten (20, 21) aller Teilsysteme (A, B) gleichmäßig über den Umfang des Mantels (14) verteilt sind.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatten (20) für Speisewasser und die Lochplatten (21) für Frischdampf sowie die zugehörigen Verbindungsroh­ re (24, 25) zu zwei getrennten Bereichen (I, II) zusammen­ gefaßt sind und daß nur der die Lochplatten (21) und Ver­ bindungsrohre (25) für Frischdampf enthaltende Bereich (II) gegen das aus dem Dampferzeuger (2) austretende Kaltgas thermisch isoliert ist.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Teilsystem (A bzw. B) eigene vertikale Tragplat­ ten (32, 32 a) vorgesehen sind, in denen die Bündelrohre (16) mittels Klemmverbindungen (34) fixiert sind.

7. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelrohre (16) aller Teilsysteme (A, B) mittels Klemmverbindungen (34) in gemeinsamen vertikalen Tragplat­ ten (36) befestigt sind.

8. Dampferzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Tragplatten (32, 32 a) der Teilsysteme (A, B) in Umfangsrichtung des Dampferzeugers (2) alternierend an­ gebracht sind, wobei alle Tragplatten (32, 32 a) eines Teil­ systems (A bzw. B) auf gleiche Art befestigt sind.

9. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bündelrohre (16) eines jeden Teilsystems (A bzw. B) durch die vertikalen Tragplatten (32) der übri­ gen Teilsysteme (B bzw. A) mit Spiel in der Horizontalen und Vertikalen hindurchgesteckt sind.

10. Dampferzeuger nach Anspruch 1 mit zwei Teilsystemen, ge­ kennzeichnet durch eine Wicklung der beiden Rohrzylinder, bei der in jeder horizontalen und vertikalen Ebene der Wicklung die Rohrwindungen (17) des ersten (A) und des zweiten Teilsystems (B) alternieren.

11. Dampferzeuger nach Anspruch 1 mit zwei Teilsystemen, ge­ kennzeichnet durch eine Wicklung der beiden Rohrzylinder, bei der die Rohrwindungen (17) der beiden Teilsysteme (A, B) jeweils eine ganze horizontale Ebene belegen und die von dem ersten (A) und von dem zweiten Teilsystem (B) be­ legten horizontalen Ebenen in vertikaler Richtung alter­ nieren.