Способ работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках Российский патент 2022 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к способу работы энергоблока атомной электростанции (АЭС) с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках, и может быть использовано при эксплуатации энергоблоков АЭС с водо-водяным энергетическим реактором ВВЭР-1000.

Известен способ работы энергоблока тепловой электростанции на пониженных нагрузках, содержащего парогенератор, многоцилиндровую паровую турбину и турбопривод питательного насоса, заключающийся в разгружении парогенератора и паровой турбины путем снижения расхода питательной воды и пара на входе в паровую турбину при частично открытом дроссельном клапане или регулирующих клапанов, постоянном давлении питательной воды за питательным насосом и на входе в парогенератор и сниженным давлением пара на входе в паровую турбину (Аракелян Э.К, Ильин Е.Т., Рогалев Н.Д. «Режимы работы и эксплуатация ТЭС», М., Издательство МЭИ, 2021. Стр.140-148).

Недостатком известного технического решения является снижение давления и температуры пара на входе в паровую турбину при дросселировании давления пара в частично открытых дроссельных или регулирующих клапанах, что приводит к снижению экономичности работы паровой турбины и энергоблока в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ работы энергоблока на пониженных нагрузках, заключающийся в переводе энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды и давления пара на входе в паровую турбину при полностью открытых регулирующих клапанах и постоянной температуре пара на входе в паровую турбину, использовании в составе энергоблока главного питательного насоса и оборудования в тракте паровой турбины, (Цыпин Александр Владимирович «Выбор оптимальных параметров и автоматизация режима скользящего давления мощных энергоблоков». Автореферат дисс.конд. техн. наук,, М.: МЭИ, 2005, 20 с.).

Особенностью известного технического решения является перевод энергоблока на скользящее давление путем полного открытия регулирующих клапанов паровой турбины для снижения давления питательной воды, а также давления пара на входе в паровую турбину на уровне, пропорционально изменению расхода пара на турбину при постоянной температуре пара на входе в паровую турбину. К недостаткам известного способа следует отнести нарушение функционирования автоматической системы регулирования частоты вращения паровой турбины при полностью открытых регулирующих клапанах.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности и улучшение маневренных качеств энергоблоков АЭС с водо-водяным энергетическим реактором при пониженных нагрузках.

Технический результат изобретения заключается в улучшении эксплуатационных и экологических показателей энергоблоков с водо-водяным энергетическим реактором мощностью 440-1000 МВт при одновременном повышении надежности работы проточной части турбины энергоблока АЭС.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе работы энергоблока на пониженных нагрузках в качестве энергоблока используют энергоблок АЭС с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий первый и второй контуры энергоблока, переводят второй контур энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды на входе в парогенератор и давления пара на входе в паровую турбину, используют в составе энергоблока водо-водяной энергетический реактор, парогенератор и главный циркуляционный насос в тракте первого контура, и оборудование в тракте второго контура, включающего питательный насос, по крайней мере, один пароперегреватель, сепаратор и многоцилиндровую паровую турбину, при переводе второго контура энергоблока на скользящее давление параллельно парогенератору устанавливают дополнительный паро-водяной теплообменник, через который направляют часть циркуляционной воды первого контура, обеспечивая перегрев свежего пара на выходе из парогенератора с использованием тепловой мощности реактора, освободившейся при его разгрузке при постоянной температуре циркуляционной воды на выходе из реактора, после чего смешивают уходящие потоки охлажденной воды из дополнительного паро-водяного теплообменника и циркуляционной воды на выходе из парогенератора в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса.

Кроме того, через дополнительный паро-водяной теплообменник можно направлять 3-12% от общего расхода циркуляционной воды первого контура.

Кроме того, свежий пар на выходе из парогенератора можно перегревать до температуры циркуляционной воды первого контура.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана блок-схема энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором.

Блок-схема энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором содержит в тракте первого контура энергетический реактор 1, парогенератор 2, сепаратор 3, главный циркуляционный насос 4 и пароводяной теплообменник 5, установленный параллельно парогенератору 2 с возможностью направления части циркуляционной воды первого контура в теплообменник 5 через регулирующий клапан 6 и дроссель клапан 7. В состав второго контура энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором по ходу теплоносителя входят питательный насос 8 с турбинным приводом 9, теплообменные элементы парогенератора 2, сепаратора 3 и паро-водяного теплообменника 5, дроссель клапан 10 и дополнительная паровая задвижка 11, пароперегреватель 12 и сепаратор 13, многоцилиндровая паровая турбина 14, нагруженная на электрогенератор 15. Конденсатор, дополнительные регулируемые клапаны и задвижки, средства контроля параметров рабочей среды и блок управления энергоблоком не показаны.

Способ работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках осуществляют следующим образом.

В соответствии с изобретательским замыслом в предложенном способе работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором 1 на пониженных нагрузках достижение технического результата обеспечивается переводом второго контура энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды на входе в парогенератор 2 и давления пара на входе в ЦВД паровой турбины 14. Особенность предложенного способа работы энергоблока АЭС заключается в том, что предварительно повышают температуру пара за парогенератором 2 с использованием тепловой мощности реактора 1, освободившейся при его разгрузке, путем направления части циркуляционной воды первого контура, через установленный параллельно парогенератору 2 дополнительный пароводяной теплообменник 5. Указанный теплообменник обеспечивает перегрев свежего пара на выходе из сепаратора 3 парогенератора 2 с использованием тепловой мощности реактора 1, после чего смешивают уходящие потоки охлажденной воды из дополнительного паро-водяного теплообменника 5 и циркуляционной воды на выходе из парогенератора 2 в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса 4. При работе энергоблока на заданной частичной нагрузке реактора 1 главный циркуляционный насос 4 перекачивает соответствующий расход циркуляционный воды первого контура через парогенератор 2, а охлажденная циркуляционная вода возвращается в обратно в реактор 1. Часть циркуляционной воды при открытых регулирующем клапане 6 и дроссель клапане 7 подается через паро-водяной теплообменник 5 в линию обратной циркуляционной воды после парогенератора 2, при этом с помощью дроссель клапана 7 создается соответствующее давление сбрасываемой воды. Питательная вода второго контура энергоблока подается питательным насосом 8 в парогенератор 2, где нагревается до температуры насыщения. Образовавшийся насыщенный пар с температурой насыщения проходит через сепаратор 3, поступает в дополнительный пароводяной теплообменник 5, перегревается и через полностью открытый дроссель клапан 10 поступает в паровую турбину 14, а небольшая часть пара при открытом клапане 11 поступает в промежуточный пароперегреватель 12, куда поступает и отработавший в цилиндре высокого давления пар через сепаратор 13. Отработавший в паровой турбине пар сбрасывается в конденсатор, где конденсируется, конденсат через регенеративные подогреватели (не показаны) и питательный насос 8 возвращается в парогенератор 2, замыкая тепловой цикл энергоблока.

В соответствии с предложенным способом работы энергоблока АЭС на пониженных нагрузках перевод второго контура энергоблока на скользящее давление осуществляют с использованием дополнительного паро-водяного теплообменника, установленного параллельно парогенератору. Через паро-водяной теплообменник, выполняющий функцию дополнительного пароперегревателя, направляют часть циркуляционной воды первого контура, составляющую 3-12% от его общего расхода. Указанное численное значение части циркуляционной воды определено в результате проведенных авторами теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающих необходимое значение перегрева свежего пара на выходе из парогенератора с использованием тепловой мощности реактора, освободившейся при его разгрузке. Предыдущие операции по реализации способа и последующие операции смешивания уходящих потоков охлажденной воды из дополнительного паро-водяного теплообменника и циркуляционной воды на выходе из парогенератора в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса обеспечивают достижение указанного технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных и экологических показателей энергоблоков с водо-водяным энергетическим реактором мощностью 440-1000 МВт при одновременном повышении надежности работы проточной части турбины энергоблока АЭС. Наличие дополнительного паро-водяного теплообменника, установленного параллельно парогенератору, дает возможность регулирования температуры острого пара за теплообменником и на входе в паровую турбину путем изменения указанной части расхода части циркуляционной воды первого контура реактора. Это, в свою очередь, обеспечивает возможность надежного регулирования частоты вращения паровой турбины при ее работе на скользящем давлении при наличии внутренних и внешних возмущений, связанных с изменением ее частоты вращения.

Согласно расчетам, проведенным в исследовательском центре МЭИ, при работе энергоблока АЭС в условиях пониженных нагрузок расход циркуляционной воды первого контура, направленной через установленный дополнительный паро-водяной теплообменник, не может быть снижен менее 3% от общего расхода циркуляционной воды первого контура и не должен превышать 12% ее общего расхода из-за ограничений, связанных с обеспечением надежности функционирования водо-водяного энергетического реактора на указанные параметры энергоблока АЭС.

В свою очередь, перегрев свежего пара на выходе из парогенератора до температуры циркуляционной воды первого контура, согласно расчетам, целесообразно выполнять в диапазоне температур, который обеспечивает достижение технического результата в переходных режимах работы энергоблока АЭС с нестационарными нагрузками и частичной мощностью в диапазоне 0,7-1,0 от номинальной. К основным составляющим экономического эффекта и технического результата энергоблоков АЭС с водо-водяным энергетическим реактором при работе на пониженных нагрузках можно отнести: повышение КПД проточной части паровой турбины за счет снижения влажности пара по всей проточной части; относительное увеличение выработки мощности энергоблока; уменьшение мощности привода питательного насоса; повышение надежности работы последних ступеней паровой турбины и повышение эксплуатационной надежности толстостенных элементов основного и вспомогательного оборудования энергоблока АЭС.

Использование предложенного способа работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках позволяет улучшить эксплуатационные и экологические показатели энергоблоков с водо-водяным энергетическим реактором мощностью 440-1000 МВт при одновременном повышении надежности работы проточной части турбины энергоблока АЭС.

Изобретение относится к области энергетического энергомашиностроения, в частности к способу работы энергоблока атомной электростанции с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках, и может быть использовано при эксплуатации энергоблоков АЭС с водо-водяным энергетическим реактором ВВЭР-1000. В способе работы энергоблока на пониженных нагрузках в качестве энергоблока используют энергоблок АЭС с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий первый и второй контуры энергоблока, заключающемся в переводе второго контура энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды на входе в парогенератор и давления пара на входе в паровую турбину, используют парогенератор и главный циркуляционный насос в тракте первого контура и оборудование в тракте второго контура, включающее питательный насос, по крайней мере один пароперегреватель, сепаратор и многоцилиндровую паровую турбину, при переводе второго контура энергоблока на скользящее давление параллельно парогенератору устанавливают дополнительный пароводяной теплообменник, через который направляют часть циркуляционной воды первого контура, обеспечивая перегрев свежего пара на выходе из парогенератора с использованием тепловой мощности реактора, освободившейся при его разгрузке при постоянной температуре циркуляционной воды на выходе из реактора, после чего смешивают уходящие потоки охлажденной воды из дополнительного пароводяного теплообменника и циркуляционной воды на выходе из парогенератора в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса. Технический результат изобретения заключается в улучшении эксплуатационных и экологических показателей энергоблоков с водо-водяным энергетическим реактором мощностью 440-1000 МВт при одновременном повышении надежности работы проточной части турбины энергоблока АЭС. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы энергоблока на пониженных нагрузках, содержащего парогенератор, многоцилиндровую паровую турбину и турбопривод питательного насоса, заключающийся в переводе энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды и давления пара на входе в паровую турбину при полностью открытых регулирующих клапанах и постоянной температуре пара на входе в паровую турбину, использовании в составе энергоблока главного питательного насоса и оборудования в тракте паровой турбины, отличающийся тем, что в качестве энергоблока используют энергоблок АЭС с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий первый и второй контуры энергоблока, при переводе второго контура энергоблока на скользящее давление параллельно парогенератору устанавливают дополнительный пароводяной теплообменник, через который направляют часть циркуляционной воды первого контура, обеспечивая перегрев свежего пара на выходе из парогенератора с использованием тепловой мощности реактора, освободившейся при его разгрузке при постоянной температуре циркуляционной воды на выходе из реактора, после чего смешивают уходящие потоки охлажденной воды из дополнительного пароводяного теплообменника и циркуляционной воды на выходе из парогенератора в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что через дополнительный пароводяной теплообменник направляют 3-12% от общего расхода циркуляционной воды первого контура.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что свежий пар на выходе из парогенератора перегревают до температуры циркуляционной воды первого контура.