ES2265106T3 - Procedimiento para el funcionamiento de una central nuclear asi como dispositivo para la realizacion del procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento de una central nuclear (10), en la que en un circuito de vapor de agua (1) se evapora agua en un reactor (26), que expande el vapor generado en una o varias turbinas de vapor (12), el vapor expandido es condensado en un condensador (13) siguiente, el condensado es bombeado por medio de una bomba de condensado (14) en un depósito de agua de alimentación (25) y el agua de alimentación es bombeada desde el depósito de agua de alimentación (25) por medio de una bomba de agua de alimentación (15) para la generación de vapor de retorno al reactor (26), siendo alimentado hidrógeno al agua de alimentación para la reducción de la corrosión por tensofisuración, siendo obtenida al menos una parte del hidrógeno añadido al agua de alimentación a partir de gases no condensables generados en el reactor (26), los gases no condensables son aspirados en el condensador (13), a partir de los gases no condensables aspirados se separa hidrógeno y se comprime el hidrógeno separado y el hidrógeno comprimido es inyectado detrás de la bomba de condensado (14) en el circuito de vapor de agua (11), caracterizado porque los gases no condensados con concentrados en el condensador (13) antes de la aspiración.
Description
Procedimiento para el funcionamiento de una
central nuclear así como dispositivo para la realización del
procedimiento.
La presente invención se refiere al campo de la
técnica de centrales nucleares. Se refiere a un procedimiento para
el funcionamiento de una central nuclear de acuerdo con el preámbulo
de la reivindicación 1 así como a un dispositivo para la realización
del procedimiento.
Un procedimiento del tipo mencionado al
principio se conoce, por ejemplo, a partir del Artículo de W. Blazer
y col., Ensayos de alimentación de hidrocarburos en centrales
nucleares, Parte 1: Central nuclear de Leibstadt, VGB Kraftwerks
Technik, 1/98, páginas 82-86 (1998).
Los reactores de agua en ebullición son
accionados con agua muy pura como moderador y refrigerante. Como
resultado de la radiolisis del agua del núcleo del reactor, el vapor
generado allí contiene productos de descomposición, en el presente
caso hidrógeno (H_{2}) y oxígeno. A la expansión del vapor en el
grupo turbo sigue la condensación, teniendo lugar en los
condensadores de la central eléctrica, además de la conversión de
las fases del vapor, una aspiración de los gases no condensables.
Los gases de radiolisis aspirados en el condensador son quemados
posteriormente, en general, por medio de un recombinador de H_{2}
catalíticamente en agua.
En los años pasados, se han llevado a cabo
muchas veces investigaciones, en las que se ha dosificado hidrógeno
al agua de alimentación de un reactor de agua en ebullición de una
manera continua (ver a este respecto el artículo mencionado al
principio de W. Blazer y col.). De esta manera, en la zona del
reactor se puede producir la bajada del potencial electroquímico y,
por lo tanto, una protección eficaz del reactor frente a la
corrosión por tensofisuración intercristalina. De la misma manera,
se reduce claramente la tasa de descomposición del agua en gases de
radiolisis, lo que reduce de nuevo la porción de los gases inertes
en el vapor fresco y conduce a un incremento de la potencia del
condensador.
En este tipo de adición de hidrógeno es un
inconveniente que, por una parte, el hidrógeno presente en los gases
de radiolisis debe eliminarse de una manera costosa, mientras que,
por otra parte, debe prepararse hidrógeno nuevo para la adición al
agua de alimentación.
Ya se ha propuesto en el documento
US-A-3.975.170 regular el contenido
de hidrógeno en el circuito de refrigeración normal de un reactor de
agua a presión por medio de una célula de difusión (62 en la figura
2), que está dividida por medio de una membrana permeable al
hidrógeno en dos cámaras. El hidrógeno necesario para ello es tomado
en una célula de separación de hidrógeno (40 en la figura 2)
provista igualmente en una membrana de una corriente parcial
derivada desde la corriente de agua de refrigeración. A la misma
corriente parcial se añade de nuevo una porción regulada de
hidrógeno en la célula de difusión, antes de que se purifique de
nuevo la corriente parcial con la corriente de agua de
refrigera-
ción.
ción.
De este documento no se deduce una solución para
el reactor de agua en ebullición con su circuito de vapor de
agua.
Se publican en los documentos
JP-52011397 y JP-62150198 soluciones
para un reactor de agua en ebullición, sin embargo tienen
inconvenientes en la obtención del hidrógeno.
El cometido de la invención es indicar un
procedimiento para el funcionamiento de un reactor de agua en
ebullición, que se caracteriza por una seguridad elevada y conduce a
ahorros de costes, así como indicar un dispositivo para la
realización del procedimiento.
El cometido se soluciona a través de la
totalidad de las características de las reivindicaciones 1 y 7. El
núcleo de la invención consiste en obtener al menos una parte del
hidrógeno añadido al agua de alimentación a partir de gases no
condensables generados en el reactor y de esta manera reconducirlos
al circuito de vapor de agua, siendo aspirados los gases no
condensables en el condensador, siendo separado hidrógeno a partir
de los gases no condensables aspirados, siendo comprimido el
hidrógeno separado y siendo inyectado el hidrógeno comprimido
después de la bomba de condensado en el circuito de vapor de agua y
siendo concentrados los gases no condensables en el condensador
antes de la aspiración.
A partir de la mezcla de gases no condensables
se puede separar el hidrógeno de una manera especialmente sencilla,
cuando, de acuerdo con un desarrollo preferido de la invención, los
gases no condensables son conducidos a través de un módulo de
separación equipado con membranas permeables al hidrógeno de una
manera selectiva, y el hidrógeno es obtenido a partir del permeato
del módulo de separación. De una manera preferida, los gases no
condensables son comprimidos antes de la entrada en el módulo de
separación.
La separación del hidrógeno se mejora en este
caso porque el permeato, que está constituido de una manera
predominante por hidrógeno y vapor de agua, es aspirado a partir del
módulo de separación y es llevado a una presión más elevada, porque
después de la elevación de la presión se separa vapor de agua del
permeato y porque el hidrógeno restante es alimentado entonces a la
compresión.
Una configuración preferida del dispositivo de
acuerdo con la invención se caracteriza porque los medios de
separación comprenden un módulo de separación, que está equipado con
membranas permeables al hidrógeno de una manera selectiva, porque
entre la primera entrada del módulo de separación y el condensador
están dispuestas primeras instalaciones de aspiración, especialmente
en forma de ventosas de chorro de vapor, porque entre la primera
salida del módulo de separación y el circuito de vapor de agua está
dispuesta una segunda instalación de aspiración, especialmente en
forma de una ventosa de chorro de vapor, porque entre la segunda
instalación de aspiración y el circuito de vapor de agua está
dispuesto un compresor, porque entre la segunda instalación de
aspiración y el compresor está dispuesto un condensador
intermedio.
Otras formas de realización se deducen a partir
de las reivindicaciones dependientes.
A continuación se explica en detalle la
invención con la ayuda de un ejemplo de realización en colaboración
con el dibujo. La figura única muestra un diagrama de bloques muy
simplificado de una central nuclear de acuerdo con un ejemplo de
realización preferido.
En la figura se representa un diagrama de
bloques muy simplificado de una central nuclear de acuerdo con un
ejemplo de realización preferido de la invención. La central nuclear
10 tiene un circuito de vapor de agua 11, del que solamente se
representan en la figura partes seleccionadas, que son esenciales
para la explicación de la invención. En el circuito de vapor de agua
11 se encuentra un reactor 26, que está configurado como reactor de
agua en ebullición. En el reactor 26 se calienta agua a través de
los procesos nucleares que se desarrollan en las barras de
combustión y se convierte continuamente en vapor, que es cedido
entonces de un grupo turbo, del que solamente se muestra la turbina
de baja presión 12. En la turbina de baja presión 12 -como también
en las turbinas de alta presión y de presión media conectadas
delante. Se expande el vapor bajo potencia de trabajo y llega
entonces a un condensador 13, en el que se condensa a través de
refrigeración. El condensado que se produce en el condensador 13 es
bombeado con una bomba de condensado 14 a un depósito de agua de
alimentación 25 y desde allí es alimentado por medio de una bomba de
agua de alimentación 15 de nuevo al reactor 26. De esta manera se
obtiene un circuito cerrado de vapor de agua. Otros elementos del
circuito con el calentador previo, los radiadores intermedios, etc.
no se muestran para mayor claridad.
Como ya se ha mencionado al principio, en virtud
de la radiolisis del agua en el campo de radiación del núcleo del
reactor, el vapor generado en el reactor 26 recibe productos de
descomposición en forma de gases no condensables, de una manera
predominante hidrógeno (H2) y oxígeno. En el condensador 13 de una
central de agua en ebullición se concentran ahora los gases no
condensables a través de refrigeradores de aire 16, que están
integrados en el mazo de cables del condensador y se aspiran a
través de una primera ventosa de corro de vapor 17. La mezcla de
gases es comprimida a continuación, por ejemplo por medio de una
segunda ventosa de chorro de vapor 18. Mientras que habitualmente en
el estado de la técnica se lleva a cabo ahora una combustión
catalítica posterior de los gases de radiolisis en un recombinador,
antes de que los gases de escape sean liberados al medio ambiente a
través de un recorrido de tratamiento, la invención prevé conducir
los gases aspirados después de la compresión, es decir, después de
abandonar la segunda ventosa de chorro de vapor 18, a la primera
entrada 20a de un módulo de separación. El módulo de separación 19
puede contener, por ejemplo, membranas especiales para la permeación
del gas, que presentan una alta selectividad con respecto al gas
hidrógeno. Las membranas con las propiedades deseadas están
actualmente tanto en el empleo técnico (ver a este respecto el
artículo de S. Hirata y col., Experimental and analytical study on
membrane detritiation process, Fusion Technology, Vol. 28, páginas
1521-1526 (Octubre de 1995) como también en
desarrollo con respecto a un incremento de la selectividad y la
estabilidad a largo plazo.
El producto retenido cedido a la primera salida
20b (retenido por la membrana) que procede del módulo de separación
19 se compone de nitrógeno, oxígeno, vapor de agua y una pequeña
cantidad de hidrógeno, el permeato cedido a la segunda salida 21 b
(que ha atravesado la membrana) contiene en una medida predominante
hidrógeno y vapor de agua. A través de una segunda entrada 21aa se
puede introducir, en caso necesario, sobre el lado del permeato de
la membrana vapor de aclarado en el módulo de separación 19. El
pemeato es transportado por medio de otra ventosa de chorro de agua
22 a una presión más elevada. Con la ayuda de un condensador
intermedio 23 se separa el vapor de agua. Un compresor 24 conectado
a continuación comprime el hidrógeno y permite la reinyección /
recirculación del hidrógeno recuperado al circuito de vapor de agua
11 después de la bomba de condensado 14.
Las siguientes ventajas resultan a partir de la
recuperación y recirculación de acuerdo con la invención de
hidrógeno en el proceso del circuito de vapor de agua de las
centrales nucleares:
a) debido a la dosificación / recirculación
continua de hidrógeno:
- -
- reducción del peligro de la corrosión por tensofisuración intercristalina,
- -
- aminoración de la tasa de descomposición y, por lo tanto, de la cantidad de gases de radiolisis producidos,
- Efectos secundarios: mejor comportamiento de potencia del condensador 13, reducción potencial del sistema de ventilación del condensador.
b) debido a la instalación de
recuperación:
- -
- ahorro de costes con respecto a la adquisición de hidrógeno o bien a una instalación necesaria para la descomposición del agua,
- -
- supresión de una dosificación de oxígeno delante del recombinador, para obtener una mezcla estequiométrica de la combustión,
- -
- reducción clara del tamaño o posible supresión del recombinador,
- -
- a ser posible, la garantía de una conducción del proceso de tal forma que las presentes mezclas de gases presentan siempre concentraciones de hidrógeno fuera de los límites de explosión (eliminación del peligro de detonaciones),
- -
- recirculación del hidrógeno en la zona de radiación y, por lo tanto, aminoración de las emisiones al medio ambiente.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
10 \+ Central nuclear\cr 11 \+ Circuito de vapor de agua\cr 12 \+
Turbina de baja presión\cr 13 \+ Condensador\cr 14 \+ Bomba de
condensado\cr 15 \+ Bomba de agua de alimentación\cr 16 \+
Ventilador de aire\cr 17, 18, 22 \+ Ventosa de chorro de vapor\cr
19 \+ Módulo de separación\cr 20a, 21a \+ Entrada (módulo de
separación)\cr 20b, 21b \+ Salida (módulo de separación)\cr 23 \+
Condensador intermedio\cr 24 \+ Compresor\cr 25 \+ Depósito de
agua de alimentación\cr 26 \+
Reactor\cr}
Claims (13)
1. Procedimiento para el funcionamiento de una
central nuclear (10), en la que en un circuito de vapor de agua (1)
se evapora agua en un reactor (26), que expande el vapor generado en
una o varias turbinas de vapor (12), el vapor expandido es
condensado en un condensador (13) siguiente, el condensado es
bombeado por medio de una bomba de condensado (14) en un depósito de
agua de alimentación (25) y el agua de alimentación es bombeada
desde el depósito de agua de alimentación (25) por medio de una
bomba de agua de alimentación (15) para la generación de vapor de
retorno al reactor (26), siendo alimentado hidrógeno al agua de
alimentación para la reducción de la corrosión por tensofisuración,
siendo obtenida al menos una parte del hidrógeno añadido al agua de
alimentación a partir de gases no condensables generados en el
reactor (26), los gases no condensables son aspirados en el
condensador (13), a partir de los gases no condensables aspirados se
separa hidrógeno y se comprime el hidrógeno separado y el hidrógeno
comprimido es inyectado detrás de la bomba de condensado (14) en el
circuito de vapor de agua (11), caracterizado porque los
gases no condensados con concentrados en el condensador (13) antes
de la aspiración.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los gases no
condensables son conducidos a través de un módulo de separación (19)
equipado con membranas permeables de forma selectiva al hidrógeno y
porque el hidrógeno se obtiene a partir del pemeato del módulo de
separación (19).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque los gases no
condensables se comprimen antes de la entrada en el módulo de
separación.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el permeato, que
está constituido de una manera predominante por hidrógeno y vapor de
agua, es aspirado a partir del módulo de separación (19) y es
llevado a una presión más elevada, porque después de la elevación de
la presión se separa vapor de agua del permeato y porque el
hidrógeno restante es alimentado entonces a la compresión.
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque la aspiración del
permeato se lleva a cabo bajo la adición de vapor de aclarar.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque se acondiciona
el producto de retención que procede del módulo de separación
(19).
7. Dispositivo para la realización del
procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, con el circuito de
vapor de agua (11), en el que están dispuestos de una manera
sucesiva el reactor (26), al menos una turbina de vapor (12), el
condensador (13), la bomba de condensado (14), el depósito de agua
de alimentación (25) y la bomba de agua de alimentación (15), en el
que están previstos medios (19) para la separación de hidrógeno a
partir de los gases no condensables, que están presentes en el
circuito de vapor de agua (11), los medios de separación (19)
presentan una primera entrada (20a) para la mezcla de gas a separar,
cuya primera entrada (20a) está en conexión con el condensador (13),
y los medios de separación (19) presentan una primera salida (21 b)
para el hidrógeno separado, cuya primera salida (21b) está en
conexión con el circuito de vapor de agua (11) detrás de la bomba de
condensado (14), caracterizado porque en el condensador (13)
están previstos medios para la concentración de los gases no
condensables.
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
7, caracterizado porque están presentes medios para la
concentración de los gases no condensables en forma de ventiladores
de aire.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
7 u 8, caracterizado porque los medios de separación
comprenden un módulo de separación (19), que está equipado con
membranas permeables al hidrógeno de una manera selectiva
10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
9, caracterizado porque entre la primera entrada (20a) del
módulo de separación (19) y el condensador (13) están dispuestas
primeras instalaciones de aspiración, especialmente en forma de
ventosas de chorro de vapor (17, 18).
11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
9 ó 10, caracterizado porque entre la primera salida (21 b)
del módulo de separación (19) y el circuito de vapor de agua (11)
está dispuesta una segunda instalación de aspiración, especialmente
en forma de una ventosa de chorro de vapor (22).
12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
11, caracterizado porque entre la segunda instalación de
aspiración (22) y el circuito de vapor de agua (11) está dispuesto
un compresor (24).
13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
11 ó 12, caracterizado porque entre la segunda instalación de
aspiración (22) y el compresor (24) está dispuesto un condensador
intermedio (23).
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