ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ГАЗООХЛАЖДАЕМЫМ РЕАКТОРОМ Российский патент 2000 года по МПК F01K3/00 G21D5/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики с использованием ядерных реакторов в качестве высокотемпературных источников теплоты и предназначено в качестве комбинированных энергоустановок для автономных стационарных и передвижных объектов.

Известны высокотемпературные экологически чистые реакторы, охлаждение которых осуществляется с помощью газов. Однако для безопасности обслуживающего персонала желательно применять газы, которые при прохождении активной зоны не становятся радиоактивными, например гелий (Митенков Ф.М., Булыгин В. В. Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор - экологически чистый и безопасный энергоисточник для комплексного энергообеспечения промышленных объектов. - Энерг. стр-во, 1994, N 1, стр. 39 - 43).

Известен способ регенеративного подогрева питательной воды в струйном подогревателе, включающий в себя подачу пара в турбогенератор, отбор пара из турбогенератора, отвод в конденсатор, подачу конденсата из конденсатора и пара, отобранного из турбогенератора в струйный аппарат с конденсацией пара в струйном аппарате и нагрева, за счет этого конденсата, с последующей подачей подогретого конденсата в диаэратор и далее в котел-парогенератор (Патент РФ N 2115831, Бюл. N 20 от 20.07.98 г.).

Известно устройство пароводяного насоса-подогревателя (ПНП), предназначенного для применения в различных промышленных технологиях с использованием пара, совмещающего в себе функции подогревателя и насоса одновременно. Применение ПНП позволяет существенно сократить расход электроэнергии на собственные нужды и уменьшить массогабаритные характеристики теплообменных аппаратов ("Энергетика Петербурга"/газета/, N 5 (11), от 25.05.99 г. ). Однако ранее пароводяной насос-подогреватель в комбинированных установках с преобразователями энергии прямого цикла не применялся.

Известна схема энергетического реактора с газовым теплоносителем, включающая в себя газоохлаждаемый ядерный реактор, контур газообразного теплоносителя с компрессором (газодувкой), проходящего через реактор и парогенератор, контур паротурбинной установки, содержащей парогенератор, паровую турбину, конденсатор и насос питательной воды (Дж. Боуэн. Е.Мейстерс. Управление ядерными реакторами. М.: "Госатомиздат", 1961, стр. 11). Однако в данном техническом решении не указано, как используется полезная работа, получаемая на валу турбины, а также для привода питательного насоса необходимо затрачивать электрическую энергию.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД установки за счет уменьшения энергозатрат на собственные нужды и снижении массогабаритных характеристик в целом.

Для достижения этого технического результата энергетическая установка с газоохлаждаемым реактором, включающая в себя газооблаждаемый ядерный реактор, контур газообразного теплоносителя с компрессором (газодувкой), проходящего через реактор и парогенератор, контур паротурбинной установки, содержащей парогенератор, паровую турбину, конденсатор, снабжена в контуре паротурбинной установки теплообменником-подогревателем пара, через который проходит контур газообразного теплоносителя, расположенный перед парогенератором, электрогенератором, расположенным на одном валу с турбиной, пароводяным насосом-подогревателем, расположенным между конденсатором и парогенератором, и линией подачи пара с регулирующим клапаном, соединяющей контур паротурбинной установки, между теплообменником-подогревателем пара и турбиной с пароводяным насосом-подогревателем, при этом между теплообменником-подогревателем, парогенератором и пароводяным насосом-подогревателем установлены обратные клапаны, а в качестве газообразного теплоносителя используется гелий.

Введение в состав энергетической установки с газоохлаждаемым реактором расположенных в контуре паротурбинной установки теплообменника-подогревателя пара, пароводяного насоса-подогревателя, линии подачи пара с регулирующим клапаном, соединяющей участок контура, между теплообменником-подогревателем и турбиной, с пароводяным насосом-подогревателем, и электрогенератора на одном валу с турбиной позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности получения электроэнергии в электрогенераторе, а также использования пара для замены насоса питательной воды и предварительного подогрева конденсата пара перед парогенератором.

На чертеже изображена энергетическая установка с газоохлаждаемым реактором.

Энергетическая установка включает в себя контур газообразного теплоносителя 1 с компрессором 2, проходящим через газоохлаждаемый реактор 3, а также через теплообменник-подогреватель пара 4 и парогенератор 5, входящих в контур паротурбинной установки 6. В контур паротурбинной установки 6 входят также турбина 7 с электрогенератором 8 на одном валу, конденсатор 9 с системой охлаждения 10, пароводяной насос-подогреватель 11, линия подачи пара 12 с регулирующим клапаном 13, связывающая участок между теплообменником-подогревателем пара 4 и турбиной 7, с пароводяным насосом-подогревателем 11. Между парогенератором 5 и теплообменником-подогревателем 4, а также между пароводяным насосом-подогревателем 11 и парогенератором 5, расположены обратные клапана, соответственно, 14 и 15.

Энергетическая установка с газоохлаждаемым реактором работает следующим образом.

Тепло, возникшее при делении ядер и генерируемое внутри реактора 3, отводится с помощью газообразного теплоносителя (гелия) и по контуру 1 передается сначала пару в теплообменнике-подогревателе 4, а затем конденсату в парогенераторе 5. После этого охлажденный газообразный теплоноситель с помощью компрессора 2 вновь подается на охлаждение реактора 3. За счет теплообмена с гелием конденсат в парогенераторе 5 испаряется с образованием пара. Пар из парогенератора 5 по контуру паротурбинной установки 6 сначала поступает в теплообменник-подогреватель 4, где перегревается с повышением давления, а затем в турбину 7, где, расширяясь, совершает полезную работу, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 8, расположенного на одном валу с турбиной 7. Из турбины 7 пар поступает в конденсатор 9, где конденсируется за счет теплообмена с системой охлаждения 10, а затем конденсат поступает в пароводяной насос-подогреватель 11. Одновременно с конденсатом в пароводяной насос-подогреватель 11 поступает пар по линии 12 через регулирующий клапан 13. В пароводяном насосе-подогревателе 11 за счет особой конструкции и эффекта смешивания двухфазных парожидкостных сред происходят увеличение давления, интенсивное перемешивание пара и воды с последующим получением подогретого конденсата с высокой температурой и давлением. За счет этого давления происходит подача подогретого конденсата в парогенератор 5. Для регулирования направления движения пара между теплообменником-подогревателем 4, парогенератором 5 и пароводяным насосом-подогревателем 11 устанавливаются обратные клапаны 14 и 15.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Митенков Ф.М., Булыгин В.В. Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор - экологически чистый и безопасный энергоисточник для комплексного энергообеспечения промышленных объектов. - Энерг. стр-во, 1994, N 1, стр. 39 - 43.

2. Патент РФ N 2115831. Бюл. N 20 от 20.07.98 г.

3. "Энергетика Петербурга"//газета//, N 5 (11), от 25.05.99 г.

4. Дж. Боуэн, Е. Мейстерс. Управление ядерными реакторами. - М.: "Госатомиздат", 1961, стр. 11. - прототип.

Установка может быть использована в теплоэнергетике с применением ядерных реакторов в качестве высокотемпературных источников теплоты и предназначена в качестве комбинированных теплоэнергетических установок для автономных стационарных и передвижных объектов. Тепло из реактора отводится с помощью газообразного теплоносителя (гелия), циркулирующего по контуру. За счет теплообмена с гелием конденсат в парогенераторе испаряется с образованием пара. Затем пар перегревается с повышением давления в теплообменнике-подогревателе. В турбине пар расширяется и совершает полезную работу, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора. Из турбины пар поступает в конденсатор, где конденсируется за счет теплообмена с системой охлаждения. Затем конденсат поступает в пароводяной насос-подогреватель. Одновременно с конденсатом в пароводяной насос-подогреватель поступает пар по линии через регулирующий клапан. В пароводяном насосе-подогревателе происходит интенсивное перемешивание пара и конденсата с последующим получением подогретого конденсата с высокой температурой и давлением. За счет этого давления происходит подача подогретого конденсата в парогенератор. Для регулирования направления движения пара устанавливаются обратные клапаны. Такое выполнение позволяет повысить КПД установки и снизить массогабаритные характеристики. 1 ил.

Энергетическая установка с газоохлаждаемым реактором, включающая в себя газоохлаждаемый ядерный реактор, контур газообразного теплоносителя с компрессором (газодувкой), проходящего через реактор и парогенератор, контур паротурбинной установки, содержащей парогенератор, паровую турбину, конденсатор, отличающаяся тем, что снабжена в контуре паротурбинной установки теплообменником-подогревателем пара, через который проходит контур газообразного теплоносителя, расположенным перед парогенератором, электрогенератором, расположенным на одном валу с турбиной, пароводяным насосом-подогревателем, расположенным между конденсатором и парогенератором, и линией подачи пара с регулирующим клапаном, соединяющей контур паротурбинной установки между теплообменником-подогревателем пара и турбиной с пароводяным насосом-подогревателем, при этом между теплообменником-подогревателем, парогенератором и пароводяным насосом-подогревателем установлены обратные клапаны, а в качестве газообразного теплоносителя используется гелий.