Результат интеллектуальной деятельности: ПАРОТУРБИННАЯ АЭС

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к атомной энергетике, и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электростанций (АЭС) двухконтурного типа с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР), в частности изобретение может быть применено на серийных и проектируемых отечественных энергоблоках АЭС с целью получения на них дополнительной мощности, повышения коэффициента использования установленной мощности (КИУМ), а также участия АЭС в регулировании графиков нагрузки выше номинальной с частичным замещением нового строительства.

Изобретение представляется актуальным в свете энергетической стратегии Российской Федерации, так как направлено, во-первых, на дальнейшее повышение эффективности и безопасности на АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 и, во-вторых, направлено на решение проблемы достаточной маневренности для обеспечения регулировочного диапазона в энергосистемах с высокой долей АЭС.

Известна парогазовая установка (А.С. №1060798 Парогазовая установка - Опубл. 15.12.1983 г. ), содержащая паровую турбину с цилиндрами высокого и низкого давления, соединенными между собой паропроводом с включенными в него сепаратором, имеющим линию отвода воды, и промежуточным паропаровым пароперегревателем, и парогазовый промежуточный пароперегреватель, подключенный к тракту отработавших газов газовой турбины, снабжена дополнительным теплообменником, включенным по нагреваемой стороне между линией отвода воды и паропроводом и перед цилиндром низкого давления, по греющей - к тракту отработавших газов газовой турбины, а парогазовый промежуточный пароперегреватель подключен к паропроводу между цилиндрами высокого и низкого давлений параллельно паропаровому пароперегревателю.

К недостаткам такой установки следует отнести относительно невысокий обеспечиваемый разгрузочный диапазон. Из-за глубокой разгрузки газотурбинной установки (ГТУ) в часы провала графика электрической нагрузки включение парогазового промежуточного пароперегревателя неэффективно.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является паротурбинная АЭС - принципиальная тепловая схема турбоустановки (Трухний А.Д., Булкин А.Е. Паротурбинная установка энергоблоков Балаковской АЭС: Учебное пособие в двух частях. - М: Издательство МЭИ, 2004 г., с 68-69), содержащая парогенератор реакторной установки, соединенный с турбиной, состоящей из цилидров высокого и низкого давления, установленных на одном валу с электрогенератором. Цилиндры между собой соединены паропроводом, на котором по ходу пара установлены сепаратор и двухступенчатый паропаровой перегреватель. Цилиндр низкого давления соединен паропроводом с основным конденсатором, который в свою очередь соединен с деаэратором конденсатопроводом, где по ходу конденсата расположены конденсатные насосы, блочная обессоливающая установка, охладитель эжекторов и группа подогревателей низкого давления. Деаэратор соединен с парогенератором реакторной установки трубопроводом питательной воды, где по ходу воды расположены питательный насос и группа подогревателей высокого давления. Группа подогревателей высокого давления соединена с цилиндром высокого давления паропроводами отборов пара, а с двухступенчатым паропаровым перегревателем конденсатопроводами ступеней парового перегревателя. Деаэратор соединен с цилиндром высокого давления паропроводом отбора пара, с сепаратором - трубопроводом дренажа сепаратора, с группой подогревателей высокого давления - трубопроводом дренажа подогревателя высокого давления. Группа подогревателей низкого давления соединена с цилиндром низкого давления паропроводами отборов пара.

Недостатком прототипа является то, что представленная установка обладает недостаточно высокой маневренностью, что снижает ее эффективность.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности за счет улучшения маневренности установки и увеличения мощности турбины.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение дополнительной мощности и маневренности за счет выработки дополнительного пара и подачи его в основную турбину за счет создания дополнительного контура, содержащего сателлитную турбину со своим конденсатором и электрическим генератором, также вырабатывающую дополнительную электрическую энергию в пиковый период.

Поставленная задача достигается тем, что паротурбинная АЭС, содержащая парогенератор реакторной установки, соединенный стопорно-регулирующим клапаном с турбиной, состоящей из цилидров высокого и низкого давления, установленных на одном валу с электрогенератором, цилиндры между собой соединены паропроводом, причем по ходу пара установлены сепаратор и двухступенчатый паропаровой перегреватель, выход цилиндра низкого давления соединен паропроводом с основным конденсатором, который в свою очередь соединен с деаэратором трубопроводом, причем по ходу конденсата расположены конденсатные насосы, блочная обессоливающая установка, охладитель эжекторов и группа подогревателей низкого давления, деаэратор соединен с парогенератором реакторной установки трубопроводом питательной воды, на котором расположены питательный насос и группа подогревателей высокого давления, группа подогревателей высокого давления соединена с цилиндром высокого давления паропроводами отборов пара, а с конденсатосборниками ступеней промежуточного перегревателя - конденсатопроводами, дренаж группы подогревателей высокого давления отводится по трубопроводам дренажей подогревателей высокого давления, деаэратор соединен с цилиндром высокого давления паропроводом отбора пара, с сепаратором - трубопроводом дренажа сепаратора, с группой подогревателей высокого давления - трубопроводом дренажа подогревателя высокого давления, группа подогревателей низкого давления соединена с цилиндром низкого давления паропроводами отборов пара, дренаж группы подогревателей низкого давления отводится по трубопроводам дренажей подогревателей низкого давления, турбопривод питается перегретым паром, отбираемым из паропровода после сепаратора и двухступенчатого паропарового перегревателя, и имеет собственный конденсатор, после которого конденсат по конденсатопроводу с помощью конденсатного насоса турбопривода поступает в конденсатор, отличающаяся тем, что дополнительно введены сателлитная турбина, конденсатор сателлитной турбины, электрогенератор сателлитной турбины и пускорезервная котельная со вспомогательным оборудованием - насосами пускорезервной котельной, регулирующим клапаном, пускорезервная котельная соединена на входе с конденсатором конденсатопроводами, в которые по ходу конденсата включены насосы пускорезервной котельной и регулирующий клапан, также с конденсатором сателлитной турбины и с газопроводом газа, а на выходе - с цилиндром низкого давления через дроссельно-отсечной клапан, с группой подогревателей высокого давления, с сателлитной турбиной, которая имеет собственный конденсатор и находится на одном валу с своим электрогенератором.

Схема предложенной паротурбинной АЭС представлена на фиг. 1.

Паротурбинная АЭС содержит: парогенератор реакторной установки 1, соединенный паропроводом 32 с турбиной, состоящей из цилидров высокого (ЦВД) 2 и низкого давления (ЦНД) 7, установленных на одном валу с электрогенератором 8. ЦВД и ЦНД между собой соединены паропроводом 33, на котором, по ходу пара, установлены сепаратор 3 и двухступенчатый паропаровой перегреватель 4 и 5. Выход цилиндра низкого давления соединен паропроводом 34 с основным конденсатором 9, который в свою очередь соединен с деаэратором 26 трубопроводом 35, где расположены конденсатные насосы 10 и 17, блочная обессоливающая установка (БОУ) 15, охладитель эжекторов 16 и группа подогревателей низкого давления (ПНД) 24. Деаэратор 9 соединен с парогенератором реакторной установки 1 трубопроводом питательной воды 36, на котором расположены питательный насос 30 и группа подогревателей высокого давления (ПВД) 31. Группа ПВД 31 соединена с цилиндром высокого давления 2 паропроводами отборов пара 37, 38, а с конденсатосборниками ступеней промежуточного перегревателя - конденсатопроводами 41, 42. Группа ПВД 31 соединена с деаэратором 26 трубопроводами дренажей ПВД 53. Деаэратор 26 соединен с ЦВД 2 паропроводом отбора пара 39, с сепаратором 3 - трубопроводом дренажа сепаратора 40. Группа ПНД 24 соединена с цилиндром низкого давления 7 паропроводами отборов пара 43, 44, 45 и 46. Группа ПНД 24 соединена с трубопроводом 35 трубопроводами дренажей ПНД 53. Турбопривод 27 соединен с паропроводом 33 после сепаратора и двухступенчатого паропарового перегревателя паропроводом 27 и имеет собственный конденсатор турбопривода 28, который в свою очередь соединен с основным конденсатором 9 трубопроводом 47. На трубопроводе 47 расположен конденсатный насос турбопривода 29. Основной конденсатор 9 соединен дополнительным конденсатопроводом 49, который разделяется на две линии 18 и 19, с пускорезервной котельной (ПРК) 13 через регулирующий клапан 20. На конденсатопроводе 49 расположен насос ПРК 11, а на линии трубопровода на ПРК 18 расположен насос ПРК 12. ПРК 13 связана на входе с основным конденсатором 9, на выходе - паропроводом 47 с ЦНД 7 через дроссельно-отсечной клапан (ДОК) 6, паропроводом 49 с группой ПВД 31, а также паропроводом 51 с сателлитной турбиной 21, которая в свою очередь соединена с конденсатором сателлитной турбины 23 и находится на одном валу электрогенератором сателлитной турбины 22. Газ к ПРК подается по трубопроводу газа 14.

Устройство работает следующим образом.

Пар парогенератора реакторной установки 1 по паропроводу 32 подводится в середину двухпоточного симметричного ЦВД 2. После расширения в ЦВД пар по паропроводу 33 направляется в сепаратор 3 и группу пароперегревателей 4,5 для осушки и промежуточного перегрева. Осушенный пар направляется в два последовательно расположенных пароперегревателя, а дренаж сепаратора по трубопроводу (40) направляется в деаэратор 26. Питание первой ступени пароперегревателя осуществляется влажным паром, отбираемым из ЦВД 2 после третьей ступени. Перегрев основного пара производится теплотой конденсации греющего пара по паропроводу 32, а образовавшийся конденсат направляется в группу ПВД 31 конденсатопроводами ступеней парового перегревателя 41 и 42 для передачи его теплоты питательной воде. Выйдя из СПП, пар поступает через ДОК 6 в двухпоточный ЦНД 7. Из него пар поступает в основной конденсатор 9 по паропроводу 34. Дренаж основного конденсатора 9 по конденсатопроводу 35, где по ходу конденсата расположены конденсатные насосы 10, 17, БОУ 15, охладитель эжекторов 16, и группа ПНД 24 поступает в деаэратор 26. Дренаж деаэратора 26 по трубопроводу питательной 36, где по ходу дренажа расположен питательный насос 30, группа ПВД 31 поступает в парогенератор реакторной установки 1. Отборы пара на группу ПВД 31, деаэратор 26 и группу ПНД 24 осуществляются по паропроводам 37, 38, 39, 43, 44, 45, 46. Дренажи группы ПВД 31 и групп ПНД 24 отводятся по трубопроводам 53. Турбопривод 27 питается перегретым паром, отбираемым из паропровода 33 после СПП, и имеет собственный конденсатор турбопривода 28, после которого конденсат по конденсатоотводу 47, где по ходу конденсата расположен конденсатный насос турбопривода 29, поступает в основной конденсатор 9. Конденсат из основного конденсатора 9 поступает по дополнительному конденсатопроводу 49, который разделяется на две линии 18 и 19 на ПРК 13 через регулирующий клапан 20. На конденсатопроводе 49 расположен насос ПРК 11, а на линии трубопровода на ПРК 18 расположен насос ПРК 12. Пар из ПРК 13 поступает по паропроводу 48 на ЦНД 7 ДОК 6, по паропроводу 49 на группу ПВД 31, а по паропроводу 51 на сателлитную турбину 21, которая в свою очередь соединена с конденсатором сателлитной турбины 23 и находится на одном валу электрогенератором сателлитной турбины 22. Конденсат после конденсатора сателлитной турбины по конденсатопроводу 51 поступает в трубопровод 19. Газ к ПРК подается по трубопроводу газа 14.

Заявляемое устройство может вырабатывать дополнительную мощность несколькими способами:

Способ А. В часы пика нагрузки энергоблок АЭС привлекают к частичному участию в покрытии графика нагрузки. Пар, получаемый в пускорезервной котельной (ПРК) с расчетным давлением 10 ата, подают по паропроводу 48 через дроссельно-отсечной клапан 6 (ДОК) в ЦНД турбины 7, за счет чего вырабатывают в генераторе 8 дополнительную электроэнергию.

После конденсации в конденсаторе 9 прежний расход конденсата (для базового режима работы) конденсатным насосом 10 подают в регенеративный тракт турбоустановки энергоблока АЭС, состоящий из группы ПНД 24, деаэратора 26, питательного насоса 30, группы ПВД 31, а затем в ЦВД 2 турбоустановки АЭС. Дополнительный расход конденсата, соответствующий доле генерируемого пара в ПРК, направляют на вход в ПРК насосами 11, 12 по линиям 18, 19.

Способ Б. Дополнительную мощность вырабатывают также другим путем. В часы пика нагрузки направляют пар, полученный в ПРК 13, в группу ПВД 31, для частичного или полного вытеснения греющего пара соответствующего регенеративного отбора. Вытесненный пар направляют в проточную часть для расширения от отборной камеры и до основного конденсатора 9. Возврат конденсата к ПРК 13 осуществляют таким же образом, как и в случае А. В этом случае сателлитная турбина 21 используется эпизодически для выработки дополнительной мощности паром из паропровода 33 для разгрузки последних ступеней ЦНД 7 турбины

Таким образом способ А позволяет привлекать энергоблок АЭС к частичному участию в покрытии графика нагрузки при поддержании высокой мощности. Способ Б позволяет покрывать нагрузку в часы пика за счет выработки дополнительной мощности. Использование указанного способа работы позволяет обеспечить высокую маневренность при одновременном повышении мощности паротурбинной АЭС за счет выработки дополнительной мощности.