DE2558127B1 - Dampferzeuger mit u-foermig gebogenen waermetauscherrohren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit nach oben und unten U-förmig gebogenen Wärmetauscherrohren, die in einem zylindrischen, zu verdampfendes Speisewasser aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind und einen Eintrittssammler mit einem Austrittssammler verbinden, die ihrerseits an die Druckwasserleitung eines Kernreaktors anschließbar sind und zwischen dem oberen und dem unteren Umlenkpunkt der U-förmig gebogenen Wärmetauscherrohre angeordnet sind.

Eine Druckwasserreaktoranlage mit einem Röhrenwärmetauscher zur Dampferzeugung ist auf Seite 5 der Druckschrift der Kraftwerk Union, Bestell-Nr. KWU-29510792 57515, vom Mai 1975, dargestellt. Wie hieraus zu ersehen ist, liegen bei einer Druckwasseranlage der Druckwassereintritt und der Druckwasseraustritt aus dem Reaktordruckbehälter oberhalb der Brennelemente etwa in einer Ebene. Will man die Verbindungsleitungen vom Reaktordruckbehälter zu den Wärmetauschern zur Dampferzeugung möglichst kurz ausführen, so ist es notwendig, daß auch beim Wärmetauscher der Eintritt und der Austritt für das Druckwasser beieinander liegen. Dies ist bei den Wärmetauschern in der obengenannten Druckschrift der FaIL Hier befinden sich die Ein- und Austrittsleitungen für das Druckwasser am unteren Ende der Wärmetauscher.

In dem DT-Gbm 19 92 049 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem die Anschlußstutzen für das Druckwasser etwa in mittlerer Höhe des Gehäuses angeordnet sind. Um diese Anordnung zu erzielen, sind, ausgehend von zwei übereinanderliegenden Lochplatten, einander parallelgeschaltete wärmetauschende Rohre einerseits nach oben und andererseits nach unten geführt. Nach einer Umlenkung von jeweils 180° zur Bildung von U-Rohrbündeln münden diese Rohre in eine auf gleicher Höhe wie die Eintrittskammer befindliche Austrittskammer. Um diese Anordnung zur Verdampfung von Wasser funktionsfähig zu machen, ist es notwendig, gesonderte Verbindungsleitungen für Wasser oder Wasserdampfgemisch zwischen dem unteren und oberen Teil des Dampferzeugers vorzusehen. Außerdem besteht mindestens für das nach oben sich erstreckende U-Rohrbündel immer die Gefahr, daß eventuell im Wasser vorhandene Verunreinigungen sich oberhalb der Lochplatte dieses U-Rohrbündels zwisehen den Rohren festsetzen und damit die Lebensdauer eines derartigen Wärmetauschers erheblich begrenzen.

Ein Wärmetauscher mit zylindrischem Eintritts- und

Austrittssammler für die wärmetauschenden Rohre ist außerdem aus der DT-AS 12 59 353 bekannt. Auch hier ist es aber mindestens im mittleren Bereich, wo die wärmetauschenden Rohre zur Bildung einer Überhitzungszone von einem Gehäuse umgeben sind, nicht möglich, auf einfache Weise Verunreinigungen zu entfernen und Ablagerungen von Verunreinigungen an unzugänglichen Stellen zu vermeiden. Außerdem sind mindestens im Bereich der Überhitzungszone Führungsbleche für den Dampf notwendig um sicherzustellen, daß der entstandene Dampf nicht parallel zu den wärmetauschenden Rohren strömt.

Das gleiche gilt auch für eine Anordnung nach der GB-PS 1171 492, bei dem sich die Rohre von einer oben angeordneten Lochplatte nach unten hin erstrecken. Hier müssen die Druckwasserleitungen des Kernreaktors in den oberen Teil des Wärmetauschers münden, was innerhalb der Kernreaktoranlagen einen entsprechend tief nach unten reichenden Wärmetauscher erforderlich macht, wenn man eine unnötige Verlängerung der sicherheitstechnisch relevanten Druckwasserleitungen vermeiden will.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Wärmetauscher zu schaffen, bei dem die Anschlüsse für das im Kernreaktor erwärmte Druckwasser etwa in mittlerer Höhe des Gehäuses des Wärmetauschers angeordnet werden können und bei dem außerdem keine unzugänglichen Stellen vorhanden sind, an denen sich zwischen den wärmetauschenden Rohren Verunreinigungen aus dem Speisewasser ablagern können. Darüber hinaus löst die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Wärmetauscher zu schaffen, der mit einem zylindrischen Gehäuse ohne besondere Umführungsleitungen auskommt

Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß der Eintrittssammler und der Austrittssammler waagerechte Rohrstücke sind, die senkrecht übereinander angeordnet sind und daß jedes der wärmetauschenden Rohre mindestens einmal oberhalb und einmal unterhalb des Speisewasserspiegels U-förmig umgebogen ist Die sich über den Wasserspiegel erstreckenden und im oberen Teil des U-Bogens quer zur Strömungsrichtung des aufsteigenden Dampfes führenden Rohre des erfindungsgemäßen Wärmetauschers dienen dabei gleichzeitig zur Überhitzung und Trocknung des Dampfes und wirken als Abscheider für die aus der

Wasseroberfläche mit nach oben gerissenen Wassertropfen. Durch die Überhitzungszone oberhalb des Wasserspiegels ist bei gegebener Leistung eine größere wärmetauschende Fläche vorzusehen, als dies bei einem Wärmetauscher nötig ist, der keinen überhitzten Dampf liefert. Hierdurch wird die Bauhöhe des Wärmetauschers in senkrechter Richtung vergrößert, was durch die Anordnung der Druckwasser-Anschlüsse etwa in mittlerer Höhe des Wärmetauschergehäuses keinen Nachteil hinsichtlich der Anordnung des Wärmetauschers im Reaktorgebäude darstellt.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist in F i g. 1 dargestellt. F i g. 2 zeigt einen waagerechten Schnitt durch den Wärmetauscher nach Fig. 1. Der Wärmetauscher in Fig. 1 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 1, in dem ein Eintrittssammler 3 und ein Austrittssammler '2 verankert sind. Diese Sammler sind an Druckwasserleitungen 18 (Fig.2) angeschlossen, die zum Reaktor-Druckbehälter bzw. zur Hauptkühlmittelpumpe führen. Der Speisewasserzulauf 4 befindet sich etwa in Höhe des Austrittssammlers 2, der dicht unter dem Eintrittssammler 3 angeordnet ist.

Ein Führungsblech 5 für das Speisewasser veranlaßt das in das Gehäuse 1 einströmende Speisewasser zunächst nach unten zu fließen. Hierbei wird es von einem Teil der Wärmetauscherrohre 6 vorgewärmt. Ein Führungsblech 7 für das Umlaufwasser befindet sich gegenüber dem Führungsblech 5 und teilt einen nicht mit Wärmetauscherrohren angefüllten Raumteil ab. Die Pfeile 8 kennzeichnen die sich ausbildende Wasserströmung.

Die Menge des eingespeisten Speisewassers wird so bemessen, daß sich dicht oberhalb des Eintrittssammlers 3 ein Wasserspiegel 9 ausbildet. Die Wärmetauscherrohre 6 ragen über diesen Wasserspiegel hinaus und bilden in ihrem senkrechten Teil die Überhitzerzone. Im Bereich der oberen U-förmigen Umbiegung verlaufen sie mehr oder weniger waagerecht und bilden in diesem Teil ein Rohrgitter für den von unten nach oben aufsteigenden Dampf. Dieses Gitter dient gleichzeitig zur Überhitzung und zur Trocknung des Dampfes und hat außerdem die Wirkung eines Wasserabscheiders.

Oberhalb der Wärmetauscherrohre im Gehäuse 1 ist noch ein Wasser-Feinabscheider 10 vorgesehen, in dem eventuell noch vorhandene Wassertröpfchen abgeschieden werden. Zur Strömungsführung des Dampfes sind Dampfführungsbleche 11 vorgesehen. Am unteren Ende des Gehäuses 1 befindet sich zur Entfernung von Verunreinigungen und eventuell zur Säuberung des

ίο Bodens ein Mannloch 12 sowie ein Anschlußstutzen 13 zum Anschluß einer Abschlämmleitung. Der Dampf verläßt den Wärmetauscher am oben angebrachten Dampfaustritt 14. Das Wärmetauschergehäuse ist etwa in Höhe des Eintritts- und Austrittssammlers mit Auflagern 15 versehen. Dies bietet den Vorteil, daß Wärmedehnungen des Gehäuses nicht zu einer Höhenverschiebung der Anschlußstutzen für den Eintritts- und den Austrittssammler führen. Außerdem gewährleistet diese Anordnung der Auflager ein hohes Maß an Widerstandsfähigkeit gegen von außen eventuell auf den Wärmetauscher einwirkende Stoßbelastungen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Hier sind die Eintritts- und Austrittssammler zentral im Gehäuse 1 angeordnet, so daß sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 eine größere Oberfläche zum Anschluß der Wärmetauscherrohre 6 bietet. Der Speisewasserzulauf 4 befindet sich unterhalb des Austrittssammlers 2. An beiden Seiten des Dampferzeugers im Schnitt nach Fig.4 sind Führungsbleche 16 und 17 für das Umlaufwasser vorgesehen. Das Führungsblech 17 ist unterhalb des Eintrittssammlers 2 nach innen geführt, so daß sich von der Höhe des Speisewasserzulaufes 4 ab Wärmetauscherrohre im nach unten führenden Strömungsbereich des Umlaufwassers befinden. An der Stelle des Speisewasserzulaufes vermischt sich hier das nach unten strömende Umlaufwasser mit dem eingespeisten Speisewasser. Die wärmetauschenden Rohre 6 sind, ausgehend von der Mitte, jeweils zur Hälfte nach je einer Seite U-förmig abgebogen, so daß im Gehäuse 1 zwei U-förmige Schleifen vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger mit nach oben und unten U-förmig gebogenen Wärmetauscherrohren, die in einem zylindrischen, zu verdampfendes Speisewasser aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind und einen Eintrittssammler mit einem Austrittssammler verbinden, die ihrerseits an die Druckwasserleitung eines Kernreaktors anschließbar sind und zwischen dem oberen und den unteren Umkehrpunkt der U-förmig gebogenen Wärmetauscherrohre angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittssammler (3) und der Austrittssammler (2) waagerechte Rohrstücke sind, die senkrecht übereinander angeordnet sind und daß jedes der wärmetauschenden Rohre (6) mindestens einmal oberhalb und einmal unterhalb des Speisewasserspiegels U-förmig umgebogen ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsblech (5) vorgesehen ist, das oberhalb des Speisewasserzulaufes (4) mit der Gehäusewand verbunden und unter Einschluß eines Teils der Wärmetauscherrohre (6) nach unten geführt wird.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittssammler (2) und der Austrittssammler (3) in einer die Gehäuseachse einschließenden Ebene liegen und daß die wärmetauschenden Rohre (6) je zur Hälfte nach der gegenüberliegenden Seite in Richtung der Außenwand des Gehäuses umgebogen sind, so daß die wärmetauschenden Rohre (6) zwei doppelte U-Schleifen bilden.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Gehäuses ein Anschlußstutzen (13) für eine Abschlämmleitung angeschlossen ist