DE2358065A1

DE2358065A1 - STEAM GENERATOR

Info

Publication number: DE2358065A1
Application number: DE19732358065
Authority: DE
Inventors: Akira Suzuoki; Masanori Yamakawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1973-11-21
Publication date: 1974-06-12
Also published as: JPS4977002A; JPS5641881B2

Description

Dampferzeuger Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger und :überhitzer, insbesondere einen solchen mit flüssigem Metall, z. B. Natrium, als Heizmittel. Steam generator The invention relates to a steam generator and: superheater, especially one with liquid metal, e.g. B. sodium, as a heating medium.

Dampferzeuger mit Flüssigmetall als Heizmittel sind im allgemeinen so gebaut, daß Wasser hohen Druckes, welches vom Flüssigmetall im Wärmetausch erhitzt wird, durch eine große Anzahl von einander parallelen Wärmeaustauschrohren hindurchfließt und daß das Flüssigmetall innerhalb eines diese Wärmeaustauschrohre umschließenden Kessels fließt. In dieser Art von Dampferzeugern sind die Wärmeaustauschrohre am Auslaß und am Einlaß mit einer Rohrplatte verbunden, durch die Wasser in die Wärmetauscherrohre eingeführt und der durch den Wärmetausch erzeugte Dampf aus den Wärmetauscherrohren abgeführt wird. Steam generators with liquid metal as heating means are generally built in such a way that water of high pressure, which is heated by the liquid metal in heat exchange flows through a large number of parallel heat exchange tubes and that that Liquid metal within one of these heat exchange tubes surrounding boiler flows. In this type of steam generator there are the heat exchange tubes connected at the outlet and at the inlet to a tube plate through which water enters the Introduced heat exchanger tubes and the steam generated by the heat exchange from the Heat exchanger tubes is discharged.

Eine Rohrplatte ist darin mit einer großen Anzahl von- dicht r.ebeneinander angeordneten Öffnungen versehen, und die Wärmetauscherrohre sind mit ihr durch Schweißung verbunden. Daher sollte die Roht -platte beträchtlich dick sein, um genügend stark zu sein; und sie sollte, um dem Druck sfandhalten zu können, so gebaut sein, daß sie nicht dem Wärmeeinfall ausgesetzt ist. Zu diesem Zweck pflegt man beim Entwurf von Dampferzeugern dieser Art Rohrplatten nicht innerhalb des Flüssigmetalls, in welchem die Rohrplatten dem Wärmeeinfall ausgesetzt sein würden, sondern in Gas-Umgebung oberhalb des Flüssigmetall-Spiegels anzuordnen. A tube plate is in it with a large number of - close to each other arranged openings are provided, and the heat exchanger tubes are welded to it tied together. Therefore, the raw plate should be considerably thick in order to be sufficiently strong to be; and in order to be able to withstand the pressure it should be so constructed that it is not exposed to heat. For this purpose, care is taken in the design of steam generators of this type tube plates not within the liquid metal, in which the tube plates would be exposed to the incidence of heat, but in a gas environment to be arranged above the liquid metal level.

Im allgemeinen sind die Rohrplatten des Dampferzeugers sowohl am Wassereintritt als auch am Wasseraustritt oberhalb des Spiegels des Flüssigmetalls angeordnet, und jedes Wärmeaustauschrohr hat die Form eines U, dessen abwärts und dessen aufwärts durchströmter Rohrschenkel sich innerhalb des Flüssigmetalls erstrecken. Das innerhalb des Mantels befindliche Flüssigmetall ist durch eine zum Mantel konzentrische Trennwand in eine die abwärts durchströmten Rohrschenkel umgebende und eine die aufwärts durchströmten Rohrschenkel umgebende Teilmenge geteilt. Damit der Wasserumlauf verbessert und Druckschwankung, welche durch Schwankung des Wasserstroms entstehen konnte, vermieden wird, ist es erwünscht, daß die in den abwärts. In general, the steam generator tube plates are on both the Water inlet as well as at the water outlet above the level of the liquid metal arranged, and each heat exchange tube has the shape of a U, its downward and its upward flow through pipe legs extend within the liquid metal. The liquid metal located inside the jacket is concentric to the jacket by a Partition wall in one surrounding the pipe legs through which there is a downward flow and one the Subset surrounding the pipe limb with upward flow divided. So that the water circulation improved and pressure fluctuation, which by fluctuation in the water flow could arise, is avoided, it is desirable that those in the downwards.

durchströmten Rohrschenkeln übertragene Wärmemenge etwas kleiner sei; daher pflegt man üblicherweise das Flüssigmetall für die abwärts durchströmten Rohrteile ruhend zu halten.the amount of heat transferred through the pipe legs is somewhat smaller; therefore one usually takes care of the liquid metal for the downward flow through pipe parts to keep dormant.

Dampferzeuger für praktische Verwendung haben sehr große Wasser- und Flüssigmetail-Umlaufmengen. Zum Beispiel wird ein 13ampferzeuger ,-~bei dem. der Wärmetausch zwischen flüssigem Natrium und Wasser erfolgt und derals Ieistungs-Dampferzeuger für ein Kraftwerk von 1000 MW geeignet ist, einen Wasserumlauf von 4000 t/Std und einen Natrium-Umlauf von ebenfalls 4000 t/Std erfordern; das ist ein sehr großer Dampferzeuger. Steam generators for practical use have very large water and liquid metal circulating amounts. For example, a steam generator - ~ in the. the heat exchange between liquid sodium and water takes place and the as a power steam generator is suitable for a power plant of 1000 MW, a water circulation of 4000 t / h and also require a sodium circulation of 4000 t / h; that is a very big one Steam generator.

Wenn die in den Wärmeaustauschrohren übertragene Wärmemenge nicht in allen Wärmeaustauschrohren gleichmäßig ist, dann ist eine Veränderung der Temperatur des erzeugten Dampfes die Folge. Denn in Rohren, in denen die Temperatur des erzeugten Dampfes niedriger ist, wird das Wasser schneller fließen, so daß die Wasserbewegung in den Wärmeaustauschrohren ihr Gleichgewicht verliert und einen Abfall m der Dampferzeugungseigenschaft des Dampferzeugers verursachen kann. Auch kann dies eine Überprüfung der Rohrplatten-Festigkèit hinsichtlich der Wär m ebeanspr uchungen erforderlich machen. When the amount of heat transferred in the heat exchange tubes is not is uniform in all heat exchange tubes, then there is a change in temperature the result of the generated steam. Because in pipes in which the temperature of the generated When the steam is lower, the water will flow faster, causing the water to move loses its equilibrium in the heat exchange pipes and a drop in the steam generating property of the steam generator. This can also be a check of the strength of the tube plate make necessary with regard to the thermal stresses.

Daher ist es beim Entwurf eines Dampferzeugers großer Art wesentlich, eine Einrichtung zu schaffen, die den beiden Flüssigkeiten Strom in passendem Mengenverhältnis aufzwingen kann und die zugleich die übertragene Wärmemenge in allen Wärmeaustauschrohren gleichmäßig macht. Bei herkömmlichen Kesseln pflegt man die Aufgabe, gleichmäßigen Wasserumlauf durch die Wärmeaustauschrohre zu erzielen, dadurch zu lösen, daß man in allen Wärmeaustauschrohren Drosseldüsen anordnet, um in diesen Drosseldüsen großen Druckabfall zu erzeugen und durch diesen Druckabfall die Strommenge in den Wärmeaustauschrohren gleichmäßig zu machen. Diese Steuerung-Einrichtung hat bei Dampferzeugern mit Flüssigmetall als Wärmezubringer gewisse Nachteile, und zwar: 1. Der Druckabfall im Wasser ist groß, so daß eine das Wasser in den Dampferzeuger einspeisende Pumpe höher belastet wird 2. es ist schwierig, das Wasser, wenn das Zusammenwirken des Flüssigmetalls mit dem Wasser gestört wird, schnell abzulassen 4 3. die Anordnung von Drosseldüsen in allen Wärmeaustauschrohren erschwert und verteuert die Herstellung; 4. die ausgetauschten Wärmemengen in allen Wärmeaustauschrohren lediglich dadurch gleichmäßig zu machen, daß man den Wärmeaustauschrohren gleiches Wasservolumen zuführt, ist unmöglich. Therefore, when designing a large-scale steam generator, it is essential to to create a device that allows the two liquids to flow in a suitable proportion can impose and that at the same time the amount of heat transferred in all Makes heat exchange tubes uniform. With conventional boilers, you take care of them Task of achieving even water circulation through the heat exchange pipes, thereby to solve that one arranges throttle nozzles in all heat exchange tubes to in these Throttle nozzles generate a large pressure drop and, through this pressure drop, the amount of electricity to make uniform in the heat exchange pipes. This control device has there are certain disadvantages for steam generators with liquid metal as a heat source, namely: 1. The pressure drop in the water is great, so that one the water in the steam generator feeding pump is heavily loaded 2. it is difficult to get the water when that Interaction of the liquid metal with the water is disturbed, drain quickly 4 3. the arrangement of throttle nozzles in all heat exchange tubes is difficult and makes production more expensive; 4. the amount of heat exchanged in all heat exchange tubes only to make it uniform by the fact that the heat exchange tubes are the same Supplying volume of water is impossible.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Dampferzeuger mit Flüssigmetall als Heizmittel zu schaffen, in welchem die Wasser-und die Flüssigmetall-Strommengen in ihrem Verhältnis zueinander auf Bestwert eingestellt und der Wärmeaustausch in allen Wärmeaustauschrohren gleichmäßig gemacht werden können, so daß der Dampferzeuger beste Wärmeaustausch-Eigenschaften hat und der Wasser- und der Flüssigmetall-Strom höchst stabil ist. It is an object of the invention to provide a steam generator using liquid metal as a heating means to create in which the water and the liquid metal amounts of electricity in their relationship to each other set to the best value and the heat exchange in all heat exchange pipes can be made evenly so that the steam generator has the best heat exchange properties and the water and the liquid metal flow is highly stable.

Eine weitere Erfindungsaufgabe ist, einen Dampferzeuger mit Flüssigmetall als Heizmittel zu schaffen, in welchem gleichmäßiger Wärmeaustausch in allen Wärmeaustauschrohren dadurch erzeugt werden kann, daß gleichmäßiget Wasserstrom durch die Wärmeaustauschrohre ohne Anordnung von Drosseldüsen in den Wärmeaustauschrohren erreicht werden kann, so daß der Dampferzeuger beste Wärmeaustausch-Eigenschaften hat. Another object of the invention is to create a steam generator with liquid metal to create as a heating means in which uniform heat exchange in all heat exchange tubes can be generated by a steady flow of water through the heat exchange tubes can be achieved without arranging throttle nozzles in the heat exchange tubes, so that the steam generator has the best heat exchange properties.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß in einem Dampferzeuger, in welchem Wärmeaustauschrohre für Durchlaß einer Flüssigkeit von niedriger Temperatur die Form eines U haben und eine Trennwand zwischen den abwärts durchströmten und den aufwärts durchströmten Teilen der U-förmigen Wärmeaustauschrohre angeordnet ist, eine Flüssigkeit hoher Temperatur, die als Heizmittel dient, eine Temperatursenkung zeigt, wenn sie nahe der Innenwand strömt. Das hervorragende Merkmal der Erfindung ist, daß die Strommenge für die Flüssigkeit hoher Temperatur in den aufwärts durchströmten Teilen der der Trennwand nahen Wärmeaustauschrohre größeren lichten Querschnitt haben als die Strommenge der Flüssigkeit hoher Temperatur in den aufwärts durchströmten Teilen der von der Trennwand entfernten Wärmeaustauschrohre; hierdurch wird gleicher Wärmeaustausch in allen Wärmeaustauschrohren bewirkt. The invention is based on the discovery that in a steam generator, in which heat exchange tubes for passage of a liquid of low temperature have the shape of a U and a partition between the downward flow and the upward flow through parts of the U-shaped heat exchange tubes arranged is, a high temperature liquid that serves as a heating means, a temperature decrease shows when it flows near the inner wall. The excellent feature of the invention is that the amount of current for the high temperature liquid flowed through in the upward direction Share the heat exchange tubes close to the partition with a larger clear cross-section have than the amount of current of the high temperature liquid in the upward flowing through it Dividing the heat exchange tubes removed from the partition wall; this becomes the same Causes heat exchange in all heat exchange tubes.

In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einer: Dampferzeuger mit Flüssigmetall als Heizmittel in einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 ein Diagramm der Temperaturänderung, die ein Flüssigmetall auf dem Wege von einem randnahen Teil zur Mitte des Dampferzeugers längs einer Querschnittsfläche des Dampferzeugers zeigt; Fig. 3 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Volumen des durch die Wärmeaustauschrohre strömenden Wassers einerseits und dem Abfall des Druckes und der Temperatur des Dampfes andererseits sowohl in einem mittleren Bereich als auch in einem Randbereich des Dampferzeugers; Fig. 4 einen Teil-Querschnitt durch den Dampferzeuger der Fig. 1, der im einzelnen die Anordnung der Wärmeaustauschrohre zeigt; Fig. 5 einen- Teil-Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers, der im einzelnen die Anordnung der Wärmeaustauschrohre zeigt; Fig. 6 einen Teil-Querschnitt durch eine noch andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers, der im einzelnen die Anordnung der Wärmeaustauschrohre zeigt. In the drawing show: Fig. 1 is a schematic Longitudinal section through a: Steam generator with liquid metal as heating means in one first embodiment of the invention; Fig. 2 is a diagram of the temperature change, a liquid metal on the way from a part near the edge to the middle of the steam generator along a cross-sectional area of the steam generator; Fig. 3 is a diagram of Relationship between the volume of water flowing through the heat exchange tubes on the one hand and the drop in pressure and temperature of the steam on the other both in a central area and in an edge area of the steam generator; FIG. 4 shows a partial cross section through the steam generator of FIG. 1, which in detail Figure 9 shows the arrangement of the heat exchange tubes; 5 shows a partial cross-section through another embodiment of a steam generator according to the invention, which in detail Figure 9 shows the arrangement of the heat exchange tubes; 6 shows a partial cross-section through yet another embodiment of a steam generator according to the invention, which is in individual shows the arrangement of the heat exchange tubes.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Dampferzeuger sind ein zylindrischer Mantel 1 und ein Deckel 2 mittels Flanschen 3 zu einem zylindrischen Kessel verbunden. In diesem sind U-förmige Wärmeaustauschrohre, jedes aus einem abwärts durchströmten~Teil .13 und einem aufwärts durchströmten Teil 14 bestehend, und eine zylindrische Trennwand 10, welche die abwärts durchströmten Rohrteile 13 von den aufwärts durchströmten Rohrteilen 14 trennt, angeordnet. In the steam generator shown in Fig. 1 are a cylindrical Shell 1 and a cover 2 connected by means of flanges 3 to form a cylindrical boiler. In this there are U-shaped heat exchange tubes, each consisting of a downward flow through part .13 and an upward flow through part 14, and a cylindrical partition 10, which flowed through the downward flow through pipe parts 13 from the upward Pipe parts 14 separates, arranged.

In der Mitte des Kessels ist senkrecht ein Innenzylinder 9 kleineren Durchmessers angebracht.In the middle of the boiler is an inner cylinder 9 smaller vertically Diameter attached.

Natrium 18 von hoher Temperatur, ~das als Heizmittel des Dampferzeugers dient, wird ins Innere des Kessels 1 durch ein Natriumeinlaßrohr 6, das durch den obersten Teil des Deckels 2 abwärts hindurchgeht, und durch Natriumv erteilerrohre 7, die vom Natriumeinlaßrohr-. 6 abzweigen, eingeführt. Das Natrium wird durch die Verteilerrohre 7 gleichmäßig auf Natriumkanäle, die zwischen dem Innenzylinder 9 und der-Trennwand 10 gebildet sind, verteilt und fließt abwärts um die aufwärts durchströmten Rohrteile 14 herum, wobei es Wärme- an eine durch die- Wärmeäustauschrohre strömende Flüssigkeit niedriger Temperatur abgibt. - Schließlich wird das Natrium durch eine am Boden des Kesselmantels 1 angebrachte Natriumauslaßleitung 8 abgeführt. Sodium 18 of high temperature, used as a heating medium for the steam generator serves, is into the interior of the boiler 1 through a sodium inlet pipe 6 which passes through the uppermost part of the lid 2 passes downwards, and through sodium distribution pipes 7, which from the sodium inlet pipe. 6 branch, introduced. The sodium is produced by the Distribution pipes 7 evenly on sodium channels, which between the inner cylinder 9 and the partition wall 10 are formed, distributed and flowing downward around the upward flowed through pipe parts 14 around, whereby there is heat to a through the heat exchange pipes discharges flowing liquid at a low temperature. - Finally, the sodium will discharged through a sodium outlet line 8 attached to the bottom of the boiler shell 1.

Die dem Wärmetausch mit dem heißen Natrium ausgesetzte Flüssigkeit. niedriger Temperatur - das Wasser - wird einem Wasserzufuhrstutzen 4 zugeführt, in dem eine Wasserrohrplatte 11 für Anschluß an eine große Anzahl von Wärmeaustauschrohren angeordnet ist, so daß das zugeführte Wasser auf die-Wärmeaustauschrohre im Kessel 1 verteilt wird Das Wasser fließt zunächst abwärts durch die außerhalb der Trennwand 10 im ruhenden Natrium angeordneten, abwärts gerichteten Rohrteile 13 der Wärmeaustauschrohre, bis es den unteren Rand der Trennwand im unteren Teil des Kessels 1 erreicht. The liquid exposed to heat exchange with the hot sodium. low temperature - the water - is fed to a water supply nozzle 4, in which a water tube plate 11 for connection to a large number of heat exchange tubes arranged is so that the water supplied to the heat exchange pipes is distributed in boiler 1 The water initially flows downwards through the outside of the partition wall 10 in the resting sodium arranged, downwardly directed pipe parts 13 of the heat exchange tubes until it reaches the bottom of the partition in the lower part of boiler 1 reached.

Das Wasser strömt sodann vom unteren Ende der Trennwand durch die aufwärts gerichteten Rohrteile 14 der spiralig um den Innenzylinder 9 angeordneten Wärmeaustausr:hrohre 14 aufwärts. Dabei wird es vom heißen Natrium durch Wärmetausch erhitzt und in Dampf verwandelt. Der erzeugte Dampf wird in einem im Deckel 2 angeordneten Dampfstutzen 5, in dem sich eine Dampfrohrplatte 12 befindet, an die die aufwärts gerichteten Teile 14 der Wärmeaustauschrohre angeschlossen sind, gesammelt und aus diesem Stutzen 5 abgeführt. The water then flows from the lower end of the partition through the upwardly directed pipe parts 14 of the spirally arranged around the inner cylinder 9 Heat exchange tubes 14 upwards. It is made from hot sodium through heat exchange heated and turned into steam. The generated steam is arranged in a cover 2 Steam nozzle 5, in which there is a steam tube plate 12 to which the upward directed parts 14 of the heat exchange tubes are connected, collected and made this nozzle 5 discharged.

Der Wasserzufuhrstutzen 4 und der Dampfstutzen 5 sind beide in einem Raum angeordnet, der oberhalb des Spiegels des Natriums 18 im Kessel 1 gebildet und mit Argon gefüllt ist. Dank dieser Anordnung entstehen im Wasserzufuhrstutzen 4 und Dampfstutzen 5 auch dann, wenn die Kessellast sich ändert, keine großen thermischen Beanspruchungen. The water supply nozzle 4 and the steam nozzle 5 are both in one Space is arranged, which is formed above the level of sodium 18 in the boiler 1 and filled with argon. Thanks to this arrangement arise in the water supply nozzle 4 and steam nozzle 5 even if the boiler load changes, no large thermal Stresses.

Die aufwärts gerichteten, spiralig gewundenen Teile der Wärmeaustauschrohre sind, wie Fig. 4 zeigt, so angeordnet, daß sie sowohl in Richtung der Kesselachse als auch in Richtung des Kesselradius gleich weit voneinander entfernt sind, und infolgedessen fließt das Heizmittel - das Natrium - zwischen den aufwärts durchströmten Rohrteilen 14 abwärts mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Die aufwärts durchströmten Rohrteile 14 sind im gleichen Steigungswinkel gewunden, so daß alle aufwärts durchströmten Rohrteile einander gleich lang sind. The upward spiraling parts of the heat exchange tubes are, as Fig. 4 shows, arranged so that they both in the direction of the boiler axis and are equidistant from one another in the direction of the boiler radius, and as a result, that flows Heating medium - the sodium - between the upward flow through pipe parts 14 downward at a uniform speed. The pipe parts 14 through which there is an upward flow are wound at the same pitch angle, so that all pipe parts through which there is an upward flow are of equal length to each other.

Nun seien die bei dieser Erfindung sehr wichtige Anordnung der aufwärts durchströmten Rohrteile und deren Lagen beschrieben. Fig. 2 zeigt die Temperaturverteilung des Natriums in einen Dampferzeuger vom achsmittigen Teil des Kessels bis zu seinem randnahen Teil längs eines Querschnittes durch den Kessel. Die Trennwand 10, die zwischen demjenigen Natrium, das um die aufwärts durchstmmten Teile 14 der Wärmeaustauschrohre fließt, und demjenigen Natrium angeordnet ist, das die ebenfalls durchströmten Rohrteile 13 umgibt, soll Wärmeübergang von dem innerhalb der Trennwand abwärts fließenden heißen Natrium zu dem außerhalb der Trennwand befindlichen Natrium verhindern, so daß der Wasserstrom dur ch die abwärtsgerichteten Teile 13 der Wärmeaustauschrohre stabilisiert wird. Jedoch ist ein geringer Wärmeübergang von einem Teil des Kessels, in dem sich die aufwärts durchströmten Rohrteile 14 befinde, zu einem Teil des Kessels, in welchem die abwärts durchströmten Rohrteile 13 angeordnet sind, unvermeidlich, weil Natrium hohe- Wärmeleitfähigkeit besitzt und die Fähigkeit der Trennwand, Wärmeübergang zu verhindern, begrenzt ist. Now let the very important arrangement in this invention be the above flowed through pipe parts and their positions described. Fig. 2 shows the temperature distribution of sodium in a steam generator from the axially centered part of the boiler to its part near the edge along a cross section through the boiler. The partition 10, the between that sodium circulating around the upwardly pierced portions 14 of the heat exchange tubes flows, and that sodium is arranged that the pipe parts also flowed through 13 surrounds, is intended to transfer heat from the downward flowing inside the partition hot sodium to prevent the sodium located outside the partition, so that the water flow through the downwardly directed parts 13 of the heat exchange tubes is stabilized. However, there is little heat transfer from part of the boiler, in which the upward flow pipe parts 14 are located, to a part of the boiler, in which the downward flow pipe parts 13 are arranged, inevitable, because sodium has high thermal conductivity and the ability of the partition wall to transfer heat to prevent is limited.

Dieser Wärmeübergang verursacht den oben genannten Abfall der Temperatur des Natriums, welches- entlang den nahe der Innenfläche der Trennwand befindlichen aufwärts durchströmten Rohrteilen fließt, unter die Temperatur des Natriums, das entlang den von der Innenfläche der Trennwand entfernten aufwärts durchströmten Rohrteilen fließt. This heat transfer causes the temperature drop mentioned above of sodium, which- along those near the inner surface the partition located upward flow through pipe parts flows below the temperature of the Sodium, which along those distant from the inner surface of the partition wall upwards flowed through pipe parts flows.

Daher kommt die in Fig. 2 gezeigte Temperaturverteilung. Der der Innenfläche der Trennwand nahe Teil, wo das Natrium einen Temperaturabfall zeigt, soll im folgenden als Randbereich bezeichnet und der von der Innenfläche der Trennwand entfernte Teil, wo das Natrium keinen Temperaturabfall zeigt, soll als Mittelbereich bezeichnet werden.Hence the temperature distribution shown in FIG. 2. That of the inner surface the part near the partition, where the sodium shows a temperature drop, is said to be in the following referred to as the edge area and the part removed from the inner surface of the partition, where the sodium shows no temperature drop is said to be the middle range will.

Bekanntlich ist, wie die Druckabfall-Kurven in Fig. 3 zeigern, die Beziehung zwischen der Strom menge einer in den Verdampfunysrohren eines Dampferzeugers o. ä. strömenden Flüssigkeit und dem Druckabfall streng nicht-linear. Diese Erscheinung gilt als eine Ursache dafür, daß der Flüssigkeitsstrom im Verdampfungsrohr-System unstabil wird. Andererseits ist, je größer die Flüssigkeits-Strommenge, desto niedriger die Temperatur des erzeugten Dampfes. Diese Beziehung ist durch die Dampftemperatur-Kurven in Fig. 3 dargestellt. As is known, as the pressure drop curves in Fig. 3 show, the Relationship between the amount of electricity in the evaporation tubes of a steam generator or the like flowing liquid and the pressure drop strictly non-linear. This appearance is considered to be a cause of the liquid flow in the evaporation pipe system becomes unstable. On the other hand, the larger the liquid flow amount, the lower it is the temperature of the steam generated. This relationship is through the steam temperature curves shown in Fig. 3.

Ein Vergleich des aufwärts durchströmten Rohrteiles 14 im Randbereich des Dampferzeugers mit den Rohrteilen im Mittelbereich desselben zeigt, daß die Temperatur des darin erzeugten Dampfes im Randteil natürlicherweise niedriger als die Temperatur des erzeugten Dampfes im Mittelbereich ist, weil die Temperatur des Natriums im Randbereich niedriger als die Temperatur des Natriums im Mittelbereich ist. Da ein Abfall der Temperatur der erzeugten Wärme einen Abfall der durchschnittlichen Menge der in den Rohren strömenden Flüssigkeit zur Folge hat, ist der Druckverlust im Randbereich niedriger als im Mittelbereich. Daher sind der Druckverlust im Mittelbereich und der Druckverlust im Randbereich voneinander verschieden, -wie in Fig. 3 durch eine volle Linie und eine gestrichelte Linie dargestellt Wenn man den Unterschied der Druckverluste in den beiden Bereichen betrachtet, findet man, daß die Temperatur des erzeugten Dampfes im Mittelbereich so wie in der Zeichnung beim Punkt A und im Randbereich so wie in der Zeichnung beim Punkt B ist. Dies zeigt, daß es zwischen den beiden Bereichen große Unterschiede in der Temperatur des erzeugten Dampfes und in der Menge der strömenden Flüssigkeit gibt. A comparison of the upward flow through pipe part 14 in the edge area of the steam generator with the pipe parts in the middle area of the same shows that the Temperature of the steam generated therein in the edge part naturally lower than the temperature of the generated steam is in the middle range because the temperature of the Sodium in the edge area lower than the temperature of the sodium in the middle area is. Because a drop in the temperature of the heat generated is a drop in the average Amount of liquid flowing in the pipes is the pressure loss lower in the edge area than in the Midrange. Hence the pressure loss in the middle area and the pressure loss in the edge area different from each other, -like represented in Fig. 3 by a full line and a dashed line considering the difference in pressure losses in the two areas, one finds that the temperature of the generated steam in the central area as in the drawing at point A and in the edge area is the same as at point B in the drawing. This shows, that there are large differences in the temperature of the produced between the two areas Vapor and in the amount of flowing liquid.

Solche Ungleichheit der strömenden Flüssigkeitsmenge und der Temperatur der erzeugten Wärme zwischen den beiden Bereichen des Dampferzeugers droht, den Betriebswirkungsgrad sehr zu verschlechtern, die Wärmeübertragungs-Fähigkeit des Dampferzeugers zu mindern und den Flüssigkeitsstrom unstabil zu machen. Auch stellt sie ein der Lösung harrendes Problem beim Entwurf der Dampferzeuger-Bauart, weil ungleichmäßige-Wärmedehnung der Wärmeaustauschrohre und zusätzliche Wärmebeanspruchungen in den Rohrplatten die Folge sind. Such inequality of the amount of liquid flowing and the temperature the heat generated between the two areas of the steam generator threatens the Operating efficiency greatly degrade the heat transfer ability of the To reduce the steam generator and to make the liquid flow unstable. Also represents it is a problem awaiting solution in the design of the steam generator design because uneven thermal expansion of the heat exchange tubes and additional thermal stresses in the tube plates are the result.

Um die oben genannten Nachteile der früheren Bauart zu beheben, ist gemäß der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, welche gleichmäßigen Wärmeaustausch und Flüssigkeitsstrom im Mittelbereich und im Randbereich ermöglicht. In einer in Fig. 4 gezeigten A usführungsform sind die aufwärts durchströmten Rohrteile 14 in- zwei Gruppen geteilt, nämlich in eine Mittelbereichs-Gruppe 15 und eine Randbereichs -Gruppe 16, und zwischen den aufwärts gerichteten Rohrteilen 14 der Randbereichs-Gruppe 16 sind unwirksame aufwärtsgehende Rohrteile 17 verteilt, durch die kein Wasser strömt. Diese unwirksamen aufwärtsgehenden Rohrteile 17 sind von gleicher Form wie die aufwärts durchströmten Rohrteile 14, aber mit dem Unterschied, daß die Rohrteile 17 an ihrem oberen und ihrem unteren Ende geschlossen sind und daß sie mit Argon-Gas passenden Druckes gefüllt, also am Wärmetausch nicht beteiligt sind. In order to remedy the disadvantages of the earlier design mentioned above, is according to the invention a device is provided which uniform heat exchange and allows liquid flow in the central area and in the edge area. In an in The embodiment shown in Fig. 4 are the pipe parts 14 through which there is an upward flow. divided into two groups, namely into a central area group 15 and an edge area -Group 16, and between the upwardly directed pipe parts 14 of the edge region group 16 ineffective upward pipe parts 17 are distributed through which no water flows. These ineffective upward pipe parts 17 are of the same shape as the upward flow through pipe parts 14, but with the difference that the pipe parts 17 are closed at their upper and lower ends and that they are filled with argon gas appropriate pressure filled, so are not involved in the heat exchange.

Indem man diese unwirksamen aufwärtsgehenden Rohrteile 17 anstelle einiger der aufwärts durchströmten Rohrteile 14 in Randbereich setzt, kann man das Verhältnis der Natrium-Strommenge zur Wasser-Strom menge im Randbereich größer als das entsprechende Verhältnis im Mittelbereich machen. So wird die Wärmemenge; die von dem innerhalb der Trennwand befindlichen Natrium durch die Trennwand hindurch an das außerhalb der Trennwand befindliche Natrium übergeht, durch die im Natrium des Randbereiches enthaltene Wärmemenge, die von den unwirksamen aufwärtsgehenden Rohrteilen 17 nicht aufgenommen wird, ausgeglichen. By having these ineffective upward pipe parts 17 instead some of the pipe parts 14 through which there is an upward flow are placed in the edge area, this can be done Ratio of the amount of sodium electricity to the amount of water electricity in the edge area is greater than make the corresponding ratio in the middle range. So is the amount of heat; the of the sodium located within the partition through the partition passes to the sodium located outside the dividing wall, through which in the sodium of the edge area contained the amount of heat contained in the ineffective upward Pipe parts 17 is not included, compensated.

Die Erfindung wirkt also dahin, Absinken der Temperatur des Natriums im Randbereich des Dampferzeugers unter die in seinem Mittelbereich herrschende Temperatur zu verhindern. Dies bewirkt größeres - Wärmeaustauschvermögen der Wärmeaustauschrohre und größere Stabilität des Wasserstromes in ihnen. The invention thus acts to lower the temperature of the sodium in the edge area of the steam generator below that prevailing in its central area Prevent temperature. This causes greater - heat exchange capacity of the heat exchange tubes and greater stability of the water flow in them.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Bauart des Kessels ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4, aber die Anordnung der aufwärtsgehenden Rohrteile-Gruppen verschieden ist. Bei dieser Ausführungsform sind die aufwärtsgehenden Rohrteile 14 der Wärmeaustauschrohre spiralig um den Innenzylinder 9 auf konzentrischen zylindrischen Flächen gewunden, wobei die Windungen der Rohrteile 14 in Längsrichtung des Innenzylinders 9 wesentlich einander gleichen Abstand haben, aber in radialer Richtung vom Innenzylinder 9 aus solche Lage haben, daß ihr Abstand voneinander im Randbereich des Dampferzeugers größer als in seinem Mittenbereich ist. Anders gesagt: Die aufwärtsgehenden Rohrteile 14 sind so gewunden, daß ihre Anzahl in einer gegebenen Querschnittsfläche des Dampferzeugers im Mittenbereich größer als im Randbereich ist. Fig. 5 shows another embodiment of the invention in which the Construction of the boiler similar to the embodiment of Fig. 4, but the arrangement of the ascending pipe part groups is different. At this Embodiment, the upwardly extending tube parts 14 of the heat exchange tubes are spiral wound around the inner cylinder 9 on concentric cylindrical surfaces, wherein the turns of the pipe parts 14 in the longitudinal direction of the inner cylinder 9 are substantial have the same distance from one another, but in the radial direction from the inner cylinder 9 have such a position that their distance from each other in the edge region of the steam generator is larger than in its central area. In other words: the upward pipe parts 14 are wound so that their number in a given cross-sectional area of the steam generator is larger in the central area than in the edge area.

Dementsprechend ist die Natrium-Strommenge im Randbereich vermehrt und das Verhältnis der Natrium-Strommenge zur Wasser-Strommenge im Randbereich größer als im Mittenbereich.- Dies bewirkt, daß Abfall der Natrium-Temperatur im Randbereich verhindert ist und somit das Wärmeaustauschvermögen der Wärmeaustauschrohre und die Stabilität des Wasserstroms durch die Wärmeaustauschrohre vergrößert werden kann.Correspondingly, the amount of sodium electricity is increased in the peripheral area and the ratio of the sodium current to the water current is greater in the edge area than in the middle area.- This causes the sodium temperature to drop in the edge area is prevented and thus the heat exchange capacity of the heat exchange tubes and the stability of the water flow through the heat exchange tubes can be increased can.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Bauart des Dampferzeugers ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4, aber die Anordnung der aufwärtsgehenden Rohrteile-Gruppen verschieden ist. Fig. 6 shows another embodiment in which the type of Steam generator similar to the embodiment of FIG. 4, but the arrangement of the ascending pipe part groups is different.

Bei dieser Ausführungsform- sind die aufwärtsgehenden Rohrteile 14 der Wärmeaustauschrohre ebenfalls spiralig um den Innenzylinder 9 gewunden; aber die Windungen der aufwärtsgehenden Rohrteile 14 haben in radialer Richtung vom Innenzylinder 9 einander gleichen Abstand und in Längsrichtung des Innenzylinders 9 solche Lage, daß ihr Abstand voneinander im Randbereich größer als im Mittenbereich ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der aufwärtsgehenden Rohrteile 14 auf einer gegebenen Querschnittsfläche des Kessels im Mittenbereich größer als im Randbereich. Daher ist das Verhältnis der Natrium-Strommenge zur Wasser-Strommenge im Randbereich größer als im Mittelbereich, und daher kann das Wärmeaustauschvermögen der Wärmeaustauschrohre und die Stabilität des Wasserstroms in den Wärmeaustauschrohren erhöht werden.In this embodiment, the upwardly extending pipe parts are 14 the heat exchange tubes are also spirally wound around the inner cylinder 9; but the turns of the upwardly extending pipe parts 14 have in the radial direction from the inner cylinder 9 equal spacing and in the longitudinal direction of the inner cylinder 9 such a position, that their distance from each other larger in the edge area than in the middle area is. In this embodiment too, the number of upward pipe parts is 14 on a given cross-sectional area of the boiler in the central area is greater than at the edge. Hence the ratio of sodium electricity to water electricity amount larger in the edge area than in the central area, and therefore the heat exchange capacity the heat exchange tubes and the stability of the water flow in the heat exchange tubes increase.

Die Erfindung ist hier dargestellt und beschrieben worden anhand von Ausführungsbeispielen, in denen die Erfindung in einem Dampferzeuger verkörpert ist, bei dem die aufwärts durchströmten Rohrteile 14 der Wärmeaustauschrohre spiralig um den Innenzylinder 9 gewunden sind. Wenn gewundene Wärmeaustauschrohre verwendet werden, ist der Natrium-Strom im wesentlichen rechtwinklig zu den aufwärtsgerichteten Rohrteilen 14, so daß die Menge des Wärmeaustausches vom Natrium ans Wasser vergrößert werden kann. Die Wärmeaustauschmenge kann auch an den Umlenkbiegestellen der Wärmeaustauschrohre vergrößert werden. So hat der Dampferzeuger der Bauart mit spiralig gewundenen aufwärts durchströmten Rohrteilen ein hervorragendes Wärmeaustauschvermögen. Zusätzlich hat der Dampferzeuger dieser Art einen Vorteil insofern, als bei seiner Bauart die Wärmedehnung der Wärmeaustauschrohre leicht aufgenommen werden kann. The invention has been illustrated and described here with reference to of embodiments in which the invention is embodied in a steam generator is, in which the upward flow through tube parts 14 of the heat exchange tubes spirally are wound around the inner cylinder 9. When using coiled heat exchange tubes the sodium current is essentially perpendicular to the upward direction Pipe parts 14, so that the amount of heat exchange from sodium to water increases can be. The amount of heat exchange can also take place at the deflection points of the heat exchange tubes be enlarged. So the steam generator has the design with spirally winding upwards pipe parts flowed through an excellent heat exchange capacity. Additionally has the steam generator of this type has an advantage in that its design reduces thermal expansion the heat exchange tubes can be easily accommodated.

Hier ist die Erfindung in Anwendung auf einen Dampferzeuger be schrieben worden, bei dem aufwärts durchströmte Rohrteile von Wärmeaustauschrohren spiralig gewunden sind. Aber natürlich ist die Erfindung nicht auf die besondere Ausführungsform beschränkt; es ist vielmehr beabsiclltigt, die Erfindung auch bei Dampferzeugern anzuwenden, welche Wärmeaustauschrohre beliebiger Art einschließlich gerader Rohre, schlangenförmiger Rohre u. a. haben. Here the invention is described in application to a steam generator be been, in which upward flow through pipe parts of heat exchange pipes spirally are twisted. But of course the invention is not on the special embodiment limited; rather, it is intended the invention also apply to steam generators, which include heat exchange tubes of any type straight tubes, serpentine tubes, etc. to have.

Claims

A n s p r ii c h e

Steam generator, characterized by a boiler with a cylindrical Jacket (1) and with a cover (2), further through a pipe (16) for feeding a High pressure liquid (18) in the boiler and a pipe (8) for discharging it High pressure liquid from the boiler, further through a number of heat exchange tubes, each of which has a downwardly directed pipe part (13), lower by the liquidity Temperature can flow downwards, and contains an upwardly directed pipe part (i4), in which vapor can arise when the liquid is low in temperature at the upward pipe part (14) from the high temperature liquid by heat exchange is heated, and by a cylindrical partition (10), which is arranged in the boiler is that they the downward flow through pipe parts (13) of the heat exchange tubes of their downward flow through pipe parts (14) separates, these flow through upwards Pipe parts (14) are arranged so that the ratio of the flow rate of the liquid (18) high temperature to the cross-sectional area of the pipe parts through which there is an upward flow (14) of the heat exchange tubes arranged in an edge region near the partition wall (10) greater than the ratio of the current amount of the liquid (18) high temperature to the cross-sectional area of the pipe parts (14) through which the flow passes upward in a central region remote from the partition (10) arranged heat exchange tubes.

2. Steam generator according to claim 1, characterized in that that some of the upward flow through tube parts (14) of the Wärmeaus exchange tubes of the edge area near the partition (io) are replaced by pipes (17) that do not carry any liquid can be flowed through and the pipe parts through which the flow passes upwards under the named (14) are distributed.

3. Steam generator according to claim 1, characterized.

that the upward - flowed through pipe parts (14) in the edge area arranged heat exchange tubes are arranged so that the number of tubes per Cross-sectional unit there smaller than the number of; m arranged in the middle area Pipes is.

L e r s e i t e