ČESKOSLOVENSKÁ SOCIALISTICKÁ R E P U B L I K A
POPIS V Y N Á L E Z U
158861
K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ ^ S á i
MPT
G 2 1 c 15/16
PT
21 g
MDT
021.311.25: ••621.039
Přihlášeno 07. VI. 1973 (PV 4118-73) 21/24
Zveřejněno 28. II. 1974 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY
Autor vynálezu
Vydáno 15. VII. 1975
Ing. JOSEF ŠRÚTEK, doc. ing. FRANTIŠEK DUBŠEK, CSc., a ing. VLADIMÍR KŘÍŽEK, CSc., BRNO
Obrácený p a r o g e n e r á t o r
1
2
Předmětem vynálezu je obrácený parogen e r á t o r s tekutým kovem Jako teplonositelem pro j a d e r n é elektrárny s rychlými reaktory. Velké j a d e r n é elektrárny s rychlými reaktory chlazenými tekutými kovy se v současné době stavějí jako tříokruhové s průtlačnými parogenerátory. V primárním okruhu proudí aktivní tekutý kov, v sekundárním neaktivní tekutý kov, v terciárním voda a p á r a . S e k u n d á r n í okruh, ač představuje značnou část investice celé jaderné elektrárny, je nutný při současně používaných koncepcích p a r o g e n e r á t o r ů j a d e r n ý c h e l e k t r á r e n chlazených t e k u t ý m kovem, neboť p ř í p a d n á porucha teplosměnné t r u b k y parogenerátor u vyvolá p o r u c h y dalších trubek a r e a k c e t e k u t é h o kovu s vodou či párou ve velkém objemu t e k u t é h o kovu by mohla mít za následek vážné poruchy r e a k t o r u a celé jaderné elektrárny. Změna koncepčního řešení celé j a d e r n é elektrárny, vypuštění neaktivního okruhu t e k u t é h o kovu, je p o d m í n ě n a změnou koncepčního řešení p a r o g e n e r á t o r u . Výše uvedené snahy vedou k použití obr á c e n é h o p a r o g e n e r á t o r u , v jehož teplos m ě n n ý c h t r u b k á c h proudí tekutý kov a v mezitrubkovém prostoru voda a pára,
u k t e r é h o bouřlivá r e a k c e při p ř í p a d n é havárii teplosměnné trubky probíhá za přítomnosti malého množství t e k u t é h o kovu a nemá za následek lavinovité šíření poruch na dalších teplosměnných t r u b k á c h . Změnou koncepce p a r o g e n e r á t o r u zavedením tekutého kovu do teplosměnných trubek a vody a páry do mezitrubkového prostoru vyvstávající u dosud používaných typů p a r o g e n e r á t o r ů průtlačného typu tyto problémy: Již při z technologického hlediska používaném minimálním poměru mezi roztečí tru5 bek s a vnějším 0 d, — — = 1,25 vychází pro průtlačný p a r o g e n e r á t o r , jak v jeho odpařovací, tak přehřívací části velmi nepříznivý poměr mezi průřezem pro tekutý kov a pro vodu či páru, což má z a následek jednak velké tlakové ztráty ze strany sodíku a tak zvyšování čerpací p r á c e a zhoršování h a v a r i j n í h o dochlazování r e a k t o r u při výpadku cirkulačních čerpadel a j e d n a k malé hmotové rychlosti w 200 kg/m 2 s ze strany vody a páry, a tak i malé součinitele přestupu tepla ze strany vody a páry a zvětšování teplosměnné plochy. Vzhledem k tomu, že teplota stěny teplos m ě n n ý c h trubek bude blízká teplotě teku-
1 5 8 8 6 1
s
u>
"
so
«
»o
1 588B1
3
4
tého kovu a teplota plášte bude mít teplotu vody či páry, vznikají zvláště při havarijních režimech zvýšené požadavky na kompensaci rozdílných tepelných roztažení mezi pláštěm výměníku a mezi teplosměnnými trubkami. U průtlačných p a r o g e n e r á t o r ů jsou teplosměnné trubky nepříznivě n a m á h á n y vlivem velkých tepelných toků, řádově 166 kcal/m 2 h, a pulsaci teplot na stěnách v blízkosti kritické suchosti x k . Malá zásoba vody v p a r o g e n e r á t o r ů má za následek při výpadku n a p á j e c í c h čerpadel velmi rychlé vysušení p a r o g e n e r á t o r ů , a tím snížení životnosti rychlými změnami teplot na t r u b k á c h a trubkovnicích. U p r ů t l a č n ý c h p a r o g e n e r á t o r ů jsou velmi přísné požadavky na čistotu n a p á j e c í vody, neboť p ř í p a d n é nečistoty, soli, narušující teplosměnné trubky a nánosy snižují součinitele prostupu tepla. Uvedené nevýhody o d s t r a ň u j e obrácený p a r o g e n e r á t o r s tekutým kovem jako teplonositelem, kde v odpařovací části je průtok tekutého kovu v teplosměnných t r u b k á c h a průtok vody a páry v mezitrubkovém prostoru a v přehřívací části je průtok tekutého kovu v teplosměnných t r u b k á c h a průtok páry je v mezitrubkovém prostoru podle vynálezu. Podstata vynálezu záleží v tom, že průtok vody a páry v odpařovací části je v přirozené cirkulaci, popřípadě v cirkulaci povzbuzené cirkulačním čerpadlem. Přirozenou cirkulací vody a páry, například cirkulačním číslem 4, se zvětší cirkulující množství čtyřikrát proti p r ů t l a č n é m u p a r o g e n e r á t o r ů , a tím se zvýší hmotová rychlost, což m á za následek zvětšení součinitele p ř e s t u p u tepla a zmenšení teplosměnné plochy odpařovací části a odstranění zóny největších pulsaci teplot na stěnách trubek. Odpařovací, přehřívací i přihřívací části je výhodné provést z č l á n k ů t v a r u U, čímž je ř e š e n problém rozdílnosti tepelného roztažení pláště a teplosměnných trubek. Pro snížení tlakových ztrát ze strany tekutého kovu v přehřívací části je vhodné paralelně s prehřívákem z a ř a d i t mezipřehřívák nebo články p ř e h ř í v á k u zařadit za sebou ze strany, ale vedle sebe ze strany tekutého kovu. V přehřívací části je výhodné provést teplosměnné trubky s vnějším žebrováním pro zvětšení t e p l o s m ě n n é plochy a zvětšení rychlosti páry vyšším zaplněním prostoru. Příklad provedení o b r á c e n é h o
parogenePŘEDMĚT
rátoru podle vynálezu je znázorněn n a připojených výkresech, kde obr. 1 p ř e d s t a v u j e celkový schematický pohled v n á r y s u n a obrácený p a r o g e n e r á t o r , kde obr. 2 znázor3 ň u j e celkový schematický pohled v n á r y s u na obrácený p a r o g e n e r á t o r podle vynálezu s přihříváním, a obr. 3 znázorňuje schematicky provedení rozděleného p ř e h ř í v á k u podle vynálezu, u Jak je znázorněno na obr. 1, tekutý kov 1 vstupuje do teplosměnných trubek 3 přehřívací části 6 p ř e s vstupní sodíkovou komoru 2. Přehřívací část 6 je tvořena dvěma výměníky tvaru U řazenými za sebou a vzáu jemně propojenými ze sírany t e k u t é h o kovu 1 převodovým svazkem t r u b e k 5. Z přehřívací části 6 proudí tekutý kov 1 p ř e s přechodový svazek t r u b e k 5 do odpařovací části 7, ve které proudí rovněž v teplosměnjo ných t r u b k á c h 3. Z obráceného p a r o g e n e r á torů tekutý kov 1 vystupuje přes výstupní sodíkovou komoru 8. Napájecí voda 9 je přiváděna do bubnu 10. Propojovacím p o t r u b í m 11 je voda odváděna do odpařovače 7, kde proudí v p r o t i p r o u d u v mezitrubkovém proJ5 storu 4. Vzniklá parovodní směs je vedena propojovacím p o t r u b í m .11 do bubnu 10. Pára z bubnu 10 je odváděna propojovacím potrubím 11 do přehřívací části 6, kde rovněž proudí v mezitrubkovém prostoru 4. Z obso r á c e n é h o p a r o g e n e r á t o r ů vystupuje p á r a přes komoru p ř e h ř á t é páry 12. Pro zlepšení cirkulace ze strany vody může být do okruhu zařazeno cirkulační čerpadlo 16. ,5 Provedení s přihříváním je znázorněno na obr. 2. Průtok t e k u t é h o kovu 1 se před obráceným p a r o g e n e r á t o r e m rozděluje do přehřívací části 6 a přihřívací části 14. Přihřívaná pára vstupuje vstupní komorou 13 pro přihřátou p á r u a vystupuje výstupní komo40 rou 15 p ř i h ř á t é páry.
50
S5
Provedení s rozděleným p ř e h ř í v á k e m je znázorněno na obr. 3. Tekutý kov 1 se p ř e d vstupem do o b r á c e n é h o p a r o g e n e r á t o r ů rozděluje do dvou přehřívacích částí 6 a po projití vstupními sodíkovými k o m o r a m i 2 a v teplosměnných t r u b k á c h 3 obou částí se spojuje a proudí do odpařovací části 7. Pára proudí v protiproudu v mezitrubkovém prostoru 4 obou částí navzájem p r o p o j e n ý c h propojovacím potrubím 11 a vstupuje přes propojovací potrubí 11 a komoru p ř e h ř á t é péry 12. Přehřívací část 6 je tedy r o z d ě l e n a na část A zapojenou ze strany t e k u t é h o kovu 1 vedle sebe a n a část B ze strany zapojenou za sebou.
VYNÁLEZU
1. Obrácený p a r o g e n e r á t o r s tekutým kovací části je v přirozené cirkulaci, popřípavem jako teplonositelem, kde je průtok tedě v cirkulaci povzbuzené cirkulačním čerkutého kovu v teplosměnných t r u b k á c h a padlem (16). průtok vody a páry v mezitrubkovém prosto- co 2. Obrácený p a r o g e n e r á t o r podle bodu 1 ru, a v přehřívací části je p r ů t o k t e k u t é h o vyznačující se tím, že průtok t e k u t é h o kovu kovu v teplosměnných t r u b k á c h a průtok [1) je rozdělen do přehřívací části (6) a do páry je v mezitrubkovém prostoru, vyznačupřihřívací části (14) a spojen v přechodojící se tím, že průtok vody a p á r y v odpařo-
1 5 8 86 1 B
5 vém svazku [5] trubek do odpařovac! části (7). 3. Obrácený p a r o g e n e r á t o r podle bodů 1, 2 vyznačující se tím, že teplosměnné trubky v přehřívací části (6) a přihřívací části (14) jsou žebrované.
4. Obrácený parogenerátor podle bodu 1, vyznačený tím, že přehřívací část (6) je rozdělena n a část (A) zapojenou ze strany tekutého kovu (1) vadle sebe a n a část [B) i5 ze s t r a n y páry zapojenou za sebou.
3 listy výkresů
S e v s r o g r a f l a , n . p., p r o v o z o v n a 37, Most
15 88 61
Obr. T
15
/ / /
8 8 6 1
i
V
/
/
Obr. 2
158861
12
