ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА ДВУХКОНТУРНОЙ АЭС

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в атомной энергетике, преимущественно на двухконтурных атомных электрических станциях с турбинами, работающими на насыщенном паре.

Известна ядерная парогазовая установка, содержащая реактор и, по меньшей мере, две самостоятельных циркуляционных петли, каждая из которых состоит из двух замкнутых контуров: первый включает в себя испаритель с сепаратором, второй контур включает в себя последовательно расположенные в газовом тракте пароперегреватель высокого давления, пароперегреватель низкого давления, экономайзер, паровую турбину высокого давления с подогревателем высокого давления и паровую турбину низкого давления с подогревателем низкого давления, газовую турбину, конденсатор, электрогенераторы. С целью повышения КПД и надежности работы установка снабжена сухой градирней, выполненной из купола и аппаратов воздушного охлаждения, соединенных посредством промежуточного контура с конденсатором, под куполом расположены все элементы ядерной парогазовой установки, при этом реактор размещен на центральной оси купола (см. Патент №86783 Российская Федерация, МПК G 21D 03/00, опубл. 10.09.2009). Парогазовая установка позволяет повысить КПД установки, в первую очередь паровой турбины, за счет увеличения температуры перегрева пара с помощью утилизации тепла выхлопных газов газовой турбины. Применение аппаратов воздушного охлаждения, выполненных в виде сухой градирни, позволяет отказаться от разомкнутых систем водного охлаждения, например прудов-охладителей, от сброса тепла в реки или моря, тем самым улучшая экологическую обстановку. При строительстве ядерной установки, используя предлагаемую конструкцию, нет необходимости привязываться к источникам охлаждения конденсатора. В данной конструкции работа ядерного реактора независимо с газовой турбиной вводит дополнительный независимый источник электроэнергии, что повышает надежность работы всей установки. Использование тепловой энергии ядерного реактора только для испарения воды ставит ядерный реактор в более стабильные условия работы, повышая его надежность.

Недостатком известной ядерной парогазовой установки является необходимость прокачки большого объема питательной воды через экономайзер котла-утилизатора. При этом питательная вода после системы регенерации имеет высокую температуру, что приводит к большим потерям тепла с уходящими газами в котле-утилизаторе и снижению общей эффективности парогазовой установки. Размещение газовой турбины вблизи паровой турбины затруднительно, поэтому большая протяженность трубопроводов питательной воды приведет к большим гидравлическим и тепловым потерям. Опасным следствием этого, с точки зрения регулирования нагрузки паровой турбины, является то, что в трубопроводах находится существенный объем теплоносителя, что приведет к инерционности процесса регулирования мощности установки. Подогрев питательной воды выхлопными газами газовой турбины также сопряжен с серьезными трудностями. Во-первых, для его осуществления необходима прокладка трубопроводов для подачи выхлопных газов к экономайзеру котла-утилизатора, что сопряжено с существенными гидравлическими потерями в тракте выхлопных газов. Во-вторых, газоводяное теплообменное оборудование отличается большими габаритными размерами и его размещение вблизи паровой и газовой турбины затруднительно, что также приведет к увеличению общей протяженности газового и водяного тракта и росту гидравлического сопротивления и тепловых потерь.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение повышения мощности и экономичности двухконтурной АЭС без изменения тепловой мощности реакторной установки.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является устранение значительных гидравлических и тепловых потерь водяного и газового трактов, а также инерционности регулирования нагрузки паровой турбины и значительных потерь тепла с уходящими газами газовой турбины.

Указанный технический результат достигается тем, что в ядерной парогазовой установке, содержащей реактор и, по меньшей мере, две самостоятельных циркуляционных петли, каждая из которых состоит из двух замкнутых контуров: первый контур включает в себя испаритель с сепаратором, второй контур включает в себя паровую турбину высокого давления с подогревателем высокого давления, паровую турбину низкого давления с подогревателем низкого давления, газовую турбину, конденсатор и электрогенераторы, согласно изобретению, дополнительный подогрев питательной воды осуществляется в пароводяном подогревателе промежуточным паровым теплоносителем, генерируемым в утилизационном парогенераторе газовой турбины, при этом утилизационный парогенератор с трубопроводом греющего пара подключен по нагреваемой стороне к трубопроводу отбора основного конденсата паровой турбины, а по греющей стороне - к пароводяному подогревателю, включенному после подогревателя питательной воды высокого давления.

Повышение мощности и экономичности энергоблока двухконтурной АЭС достигается за счет того, что пар, генерируемый в утилизационном парогенераторе за счет теплоты отработавших газов газовой турбины, по трубопроводам греющего пара поступает в пароводяной подогреватель, повышая температуру питательной воды перед основным парогенератором. Таким образом, дополнительный подогрев питательной воды осуществляется промежуточным паровым теплоносителем, генерируемым в утилизационном парогенераторе, а повышение температуры питательной воды на входе в основной парогенератор позволяет повысить мощность энергоблока двухконтурной АЭС за счет увеличения расхода рабочего тела во втором циркуляционном контуре без изменения тепловой мощности реактора. Использование промежуточного теплоносителя позволяет исключить значительные гидравлические потери как по водяному, так и по газовому тракту установки, за счет чего достигается большая эффективность парогазовой установки по сравнению с аналогами. Кроме того, устраняется инерционность процесса регулирования паровой турбины при повышении ее мощности в режимах сброса нагрузки и аварийного останова. Снижение температуры воды, питающей утилизационный парогенератор, позволяет снизить температуру уходящих газов после утилизационного парогенератора и, тем самым, снизить потери тепла с выхлопными газами газовой турбины и повысить общую эффективность парогазовой установки.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана схема парогазовой установки двухконтурной АЭС. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - цилиндр высокого давления (ЦВД) паровой турбины; 2 - цилиндр низкого давления (ЦНД) паровой турбины; 3 - сепаратор-пароперегреватель; 4 - конденсатор паровой турбины; 5 - электрические генераторы; 6 - конденсатный насос; 7, 9 - подогреватель низкого и высокого давления, соответственно; 8 - питательный насос; 10 - пароводяной подогреватель; 11 - основной парогенератор; 12 - реактор; 13 - компрессор газовой турбины; 14 - камера сгорания газовой турбины; 15 - газовая турбины; 16 - тракт отработавших газов; 17 - утилизационный парогенератор; 18 - насос; 19 - трубопровод отбора основного конденсата; 20 - трубопровод греющего пара.

Парогазовая установка двухконтурной АЭС включает подачу пара от основного парогенератора 11 в паровую турбину с цилиндрами высокого 1 и низкого 2 давления, сепаратор 3, конденсатор 4, электрогенераторы 5, подогреватель низкого 7 и высокого 9 давления, конденсатный 6 и питательный 8 насос, реактор 12, компрессор газовой турбины 13, камеру сгорания газовой турбины 14, газовую турбину 15, тракт отработавших газов газовой турбины 16. При этом выход цилиндра высокого давления 1 через сепаратор-пароперегреватель 3 соединен с входом цилиндра низкого давления 2, а газовая турбина 15 через камеру сгорания 14 соединена с компрессором 13.

Парогазовая установка двухконтурной АЭС включает подачу основного конденсата паровой турбины по трубопроводу отборного конденсата 19 через насос 18 в утилизационный парогенератор 17, соединенный по греющей стороне с трактом отработавших газов 16 газовой турбины 15. За счет утилизации тепла уходящих газов происходит нагрев и испарение поступающего конденсата с образованием пара, который по трубопроводам греющего пара 20 подается в пароводяной подогреватель 10, где в процессе пароводяного теплообмена осуществляется подогрев питательной воды до заданной температуры, что позволяет повысить мощность паровой турбины за счет увеличения расхода рабочего тела при неизменной тепловой мощности реактора и, учитывая выработку энергии газовой турбиной 15, повысить мощность всего энергоблока, вырабатываемую электрогенераторами 5.

Парогазовая установка двухконтурной АЭС работает следующим образом.

Основной конденсат паровой турбины по трубопроводу отборного конденсата 19 через насос 18 подается в утилизационный парогенератор 17, подключенный по греющей стороне к тракту отработавших газов 16 газовой турбины 15. Насос 18 необходим для создания давления греющего пара на уровне давления насыщенного пара в основном парогенераторе. В утилизационном парогенераторе 17 за счет утилизации тепла отработавших газов происходит нагрев и испарение основного конденсата с образованием промежуточного парового теплоносителя, который по трубопроводам греющего пара 20 поступает в пароводяной подогреватель 10, где происходит подогрев питательной воды паровой турбины до заданной температуры.

Дополнительный подогрев питательной воды позволяет повысить мощность паровой турбины за счет увеличения расхода рабочего тела при неизменной тепловой мощности реактора и, учитывая выработку энергии газовой турбиной 15, повысить мощность всего энергоблока. Дополнительный подогрев питательной воды паровой турбины промежуточным паровым теплоносителем, генерируемым в утилизационном парогенераторе 17 за счет утилизация тепла отработавших газов газовой турбины 15, не приводит к существенным гидравлическим и тепловым потерям, как если бы подогрев питательной воды осуществлялся непосредственно в экономайзере котла-утилизатора. При этом исключается инерционность процесса регулирования мощности паровой турбины. Использование основного конденсата с более низкой температурой, чем у питательной воды после подогревателя высокого давления, позволяет снизить температуру уходящих газов после утилизационного парогенератора и, тем самым, снизить потери тепла с выхлопными газами газовой турбины и повысить общую эффективность парогазовой установки.

Отличительным признаком предложенной парогазовой установки является устранение значительных гидравлических и тепловых потерь водяного и газового трактов за счет использования промежуточного теплоносителя, генерируемого в утилизационном парогенераторе газовой турбины, а также устранение инерционности регулирования нагрузки паровой турбины и повышение эффективности использования тепла уходящих газов газовой турбины.