Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа Российский патент 2022 года по МПК F01K11/02 F01K7/32 

Изобретение относится к области атомной энергетики, включающей паротурбинные установки (ПТУ) атомных электростанций (АЭС) двухконтурного типа с реакторами ВВЭР генерирующими в парогенераторе рабочий пар с параметрами Р=3÷8 МПа и t=240-300°С. Из парогенератора в турбины поступает обычно насыщенный или слегка перегретый рабочий пар с последующим расширением в турбинах до Р_к=3÷5 кПа и Т_к=297-306 К. Для работы ПТУ АЭС двухконтурного типа применяют специальные влажнопаровые турбины работающие на влажном паре. В этих условиях лопатки турбин подвергаются недопустимо сильной эрозии, поэтому приходится уменьшать скорости истечения пара в ступенях турбины, а это приводит к уменьшению U/С_ф вызывая резкое падение КПД Рис. 3.25. [1] и экономичность турбоустановок насыщенного пара не превышает η_oi=33-35%. Схема такой АЭС представлена на Рис. 1.29. б [1]. В целях повышения КПД энергоустановок тепловых электростанций, в том числе и атомных, в тепловые схемы станций вводят парогазовые энергоустановки (ПГУ), в которых продукты сгорания топлива проходят последовательно газотурбинную установку (ГТУ) и парогенератор паротурбинного блока; или применяют тепловую схему с высоконапорным парогенератором турбинного блока выполняющим функцию камеры сгорания ГТУ [2], [3].

Недостатки аналогов [1], [2], [3].

1. Сложность тепловой схемы:

[1] - необходимость применять влажнопаровые турбины, эжекторы для отсоса воздуха из конденсатора, охладители эжекторов, подогреватели низкого и высокого давления, в системах регенерации, деаэратор; [2], [3] - необходимо, для утилизации теплосодержания выхлопа ГТУ использовать весь комплекс паротурбинного блока и комплекс газотурбинного блока, а это приводит к увеличению номенклатуры оборудования и эксплуатационных расходов всей энергоустановки, которые не отражаются на величине КПД энергетического комплекса. Здесь необходимо учитывать технико-экономическое обоснование всего проекта [2], [3].

2. Низкие значения КПД:

[1] Из-за невысоких начальных параметров рабочего пара, пониженного относительного внутреннего КПД η_oi, экономичность турбоустановок АЭС насыщенного пара невелика и в лучших из них доходит до 33÷35% (КПД нетто). Наиболее близким к заявляемому решению (прототипом) является [1].

Недостатки прототипа [1].

1. Сложность тепловой схемы.

2. Низкие значения КПД.

Цель изобретения.

Упрощение тепловой схемы АЭС, повышение КПД паротурбинной установки АЭС двухконтурного типа. Цель достигается следующим: паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа с реактором ВВЭР, содержащая во втором контуре циркуляции вертикальный парогенератор с экономайзерным участком, паровую турбину, конденсатор, питательный насос, подогреватель питательной воды, редуктор, электрогенератор, при этом весь термодинамический процесс турбоустановки второго контура проходит выше атмосферного давления, рабочий пар из парогенератора сжимается компрессором и подается в регулировочный клапан со сверхкритическим расширением рабочего пара и осевой подачей его в проточную часть турбины, с последующей подачей отработавшего пара в подогреватель питательной воды, где пар охлаждается и подается в конденсатор, конденсат из конденсатора подается питательным насосом в межтрубное пространство подогревателя питательной воды, а из него в экономайзер парогенератора, причем турбина, электрогенератор, компрессор связаны между собою кинематически через редуктор. Упрощение тепловой схемы достигается за счет исключения конденсатного насоса, охладителя эжектора, эжектора для отсоса воздуха из конденсатора, подогревателя низкого давления, внешнего сепаратора, вторичного перегревателя, паровой турбины низкого давления, системы регенеративного подогрева конденсата, деаэратора, - благодаря тому, что давление сверхкритического расширения принято выше атмосферного давления (Р_н=0,15 МПа при t_н=120°С и температуре конденсации t_s=111°С). Повышение КПД паротурбинной установки достигается за счет увеличения теплоперепада срабатываемого в турбине от сжатия компрессором пара выходящего из парогенератора до Р₀=4,5 МПа и t₀=385°С и последующим сверхкритическим расширением рабочего пара до Р_н, t_н, - при этом получается скорость истечения пара в турбине W_p=920 ^м/_с, что позволяет применять турбины с η_oi=0,7-0,8.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом.

Графическое изображение состоит из одной фигуры Фигура

1 «Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа».

Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа содержит в первом контуре реактор ВВЭР 1, вертикальный парогенератор с экономайзерным участком 2, насос первого контура 3, во втором контуре содержит парогенератор 2, компрессор 4, турбину 5, подогреватель питательной воды 6, конденсатор 7, питательный насос 8, электрогенератор 9, редуктор 10, регулировочный клапан со сверхкритическим расширением рабочего пара 11 (регулировочный клапан) [4].

Устройство работает следующим образом. Слабоперегретый или насыщенный пар из парогенератора 2 с параметрами P₁=3,00 МПа, t₁=300°С поступает в компрессор 4, где адиабатически сжимается приобретая параметры Р₀=4,5 МПа, t₀=385°С. После компрессора 4 рабочий пар поступает в регулировочный клапан 11, где сверхкритически расширяется до параметров Р_н=0,15 МПа, t_н=120°С, разгоняясь при этом до скорости W_p=920 ^м/_с, срабатывает в турбине 5 скоростной напор на лопатках турбины 5 (турбина 5 может иметь одну или две ступени скорости).

После турбины 5 пар с параметрами Р_н, t_н поступает в подогреватель питательной воды 6, где подогревает питательную воду охлаждаясь при этом до Р_к=0,15 МПа, t_s ≈111°С и уходит в конденсатор 7, где конденсируется. Конденсат из конденсатора 7 подается питательным насосом 8 сначала в межтрубное пространство подогревателя питательной воды 6, а затем в экономайзер парогенератора 2. Турбина 5, электрогенератор 9, компрессор 4 связаны между собою кинематически через редуктор 10, чтобы согласовать собственные скорости вращения.

Предварительные расчеты показывают следующее: внешняя мощность ПТУ АЭС N_e=60 МВт; термический КПД η^А_тер=0,593; расход рабочего пара G=40 ^кг/_с; мощность компрессора N_к=10 МВт.

Литература

1. Щегляев А.В. «Паровые турбины». М. «Энергоатомиздат», 1993 г. С. 58-64.

2. RU 2334112 C2 от 28.01.2005 г.

3. RU 2553725 С1 от 05.05.2014 г.

4. Ожигов Г.Е. «Гидрогазодинамика в науке и технике». Л., «Судостроение», 1970 г. Стр. 158, 159. Рис. 92.

Изобретение относится к области атомной энергетики, включающей паротурбинные установки атомных электростанций (АЭС) двухконтурного типа с реактором ВВЭР. Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа с реактором ВВЭР, содержащая во втором контуре циркуляции вертикальный парогенератор с экономайзерным участком, паровую турбину, конденсатор, питательный насос, подогреватель питательной воды, редуктор, электрогенератор, при этом весь термодинамический процесс турбоустановки второго контура проходит выше атмосферного давления, рабочий пар из парогенератора сжимается компрессором и подается в регулировочный клапан со сверхкритическим расширением рабочего пара и осевой подачей его в проточную часть турбины, с последующей подачей отработавшего пара в подогреватель питательной воды, где пар охлаждается и подается в конденсатор, конденсат из конденсатора подается питательным насосом в межтрубное пространство подогревателя питательной воды, а из него в экономайзер парогенератора, причем турбина, электрогенератор, компрессор связаны между собой кинематически через редуктор. Изобретение позволяет упростить тепловую схему АЭС и повысить КПД паротурбинной установки. 1 ил.

Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа с реактором ВВЭР, содержащая во втором контуре циркуляции вертикальный парогенератор с экономайзерным участком, паровую турбину, конденсатор, питательный насос, подогреватель питательной воды, редуктор, электрогенератор, отличающаяся тем, что весь термодинамический процесс турбоустановки второго контура проходит выше атмосферного давления, рабочий пар из парогенератора сжимается компрессором и подается в регулировочный клапан со сверхкритическим расширением рабочего пара и осевой подачей его в проточную часть турбины, с последующей подачей отработавшего пара в подогреватель питательной воды, где пар охлаждается и подается в конденсатор, конденсат из конденсатора подается питательным насосом в межтрубное пространство подогревателя питательной воды, а из него в экономайзер парогенератора, причем турбина, электрогенератор, компрессор связаны между собой кинематически через редуктор.