Способ работы аккумулятора фазового перехода в составе двухконтурной атомной электростанции Российский патент 2024 года по МПК G21D5/00 

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на двухконтурных атомных электрических станциях с парогенераторами и паросиловым циклом.

Известна принципиальная схема комбинирования энергоблока атомной электростанции с системой аккумулирования тепловой энергии (см. Щуклеинов А.П. Разработка комплекса управления мощностью энергоблока АЭС с ВВЭР с использованием системы аккумулирования тепловой энергии: Автореф. дис. к-та техн. наук: 05.14.03. Санкт-Петербург, 2017. - 23 с.)

Согласно этой схеме в процессе зарядки аккумулятора, посредством отбираемого из основного потока после парогенератора свежего пара происходит нагрев масляного теплоносителя. Нагретый масляный теплоноситель накапливается в баках и при необходимости возвращает теплоту в основной цикл в процессе разрядки, частично вытесняя регенеративные подогреватели, что позволяет увеличить мощность основной паротурбинной установки.

К основным недостаткам такого способа можно отнести увеличение расхода пара в цилиндрах и конденсаторе паротурбинной установки, что приводит к ее дорогостоящей модернизации; установку дорогостоящих объемных баков хранения аккумулирующего носителя. Кроме того, данная система никак не может быть использована для повышения безопасности атомной электростанции.

Известен способ работы аккумулятора теплоты на фазовом переходе (См. патент РФ 2049968 С1 МПК F24H 7/00 (1995.01)).

Сущность изобретения заключается в том, что удаление затвердевшей корочки теплоаккумулирующего материала с теплообменной поверхности аккумулятора теплоты на фазовом переходе осуществляется за счет пропуска теплоносителя поочередно через группы теплообменных трубок. Данный способ может быть использован для выравнивания тепловой мощности, отдаваемой аккумулятором в процессе его разрядки, однако для его осуществления требуется участие персонала.

Основным недостатком рассматриваемого варианта интеграции аккумулятора фазового перехода в тепловую схему атомной электростанции является то, что при таком способе работы для поддержания постоянного и необходимого уровня температуры питательной воды перед парогенератором и обеспечения заданного увеличения расхода свежего пара из парогенератора необходим аккумулятора теплоты на фазовом переходе больших размеров, с большой загрузкой теплоаккумулирующего материала, что в свою очередь ведет к увеличению капиталовложений во всю систему аккумулирования теплоты, и в итоге становится экономически не выгодно и нецелесообразно. Также при пропускании теплоносителя через группу ячеек, состоящей из малого количества теплообменных трубок для поддержания необходимой температуры питательной воды перед парогенератором необходим большой расход теплоносителя, что приводит к снижению эффективности теплообмена.

Известно устройство для аккумулирования теплоты (см. патент SU 1560943 А1 МПК F24H 7/00(2006.01)).

Сущность изобретения заключается в том, что для поддержания постоянной мощности аккумулятора в процессе разрядки внутри блока с теплоаккумулирующим материалом установлен герметичный элемент с сильфоном и Т-образным поршнем, образующим внутри элемента три замкнутые полости, заполненные соответственно легкокипящим веществом, газом и вязкой жидкостью. Благодаря нагреву теплоаккумулирующего вещества нагревается и вскипает легкокипящее вещество внутри полости герметичного элемента. Пары легкокипящего вещества давят на основание поршня. Перемещаясь вверх, поршень сдавливает жидкость в полости и повышает одновременно давление расплавленного теплоаккумулирующего вещества внутри блока. За счет повышения давления фазовый переход в теплоаккумулирующем веществе происходит при более высокой температуре.

Основным недостатком является то, что при использовании такой конструкции при комбинировании аккумулятора фазового перехода с тепловой схемой атомной электростанции осуществлять подогрев питательной воды на постоянную величину будет достаточно сложно, из-за необходимости подбора требуемых рабочих тел с температурой фазового перехода 260-270°С.Кроме того, из-за наличия в конструкции подвижных элементов снижается надежность работы оборудования, что недопустимо при работе в составе атомной электростанции.

Известен способ работы и устройство аккумулятора теплоты (см. патент RU 2193137 С2 МПК F22D 3/00(2006.01)).

Сущность изобретения заключается в том, что в способе работы аккумулятора теплоты, включающем подачу горячей и холодной воды в корпус, распределение этих теплоносителей осуществляется горизонтальными дисками и ограничение тепломассообмена посредством плавающих плоских теплоизолированных дисков или цилиндрических сосудов. Горячую и холодную воду подают в корпус, разделенный на два объема стенкой, сообщают эти объемы через патрубок, установленный внизу стенки, при этом подводят эти теплоносители сверху в разные объемы через горизонтальные диски водораспределения, а отводят их также сверху этих объемов через верхние водозаборные устройства и сливают излишки холодной воды через патрубок вверху корпуса. Устройство аккумулятора теплоты, кроме разделенного на два объема корпуса, оснащено верхними водозаборными устройствами, расположенными вверху объемов, и регуляторами температуры горячей и холодной воды, подаваемой из аккумулятора.

Основным недостатком является то, что при использовании такого способа работы аккумулятора теплоты в составе атомной электростанции нельзя обеспечивать необходимый подогрев питательной воды в течение длительного времени. Наличие баков горячей и холодной воды приводит к большим массогабаритным размерам и высоким капитальным вложениям в установку аккумулирования теплоты, также наличие подвижных элементов внутри конструкции приводит к снижению надежности.

Наиболее близким аналогом является способ повышения мощности и безопасности энергоблока атомной электростанции, путем установки теплового аккумулятора фазового перехода. (См. патент РФ 2680380 С1 МПК G21D 5/00 (2006.01)).

Сущность изобретения заключается в установке на атомной электростанции теплового аккумулятора и дополнительной маломощной паротурбинной установки. В процессе разрядки аккумулятора питательную воду предлагается после подогревателей высокого давления подогревать в тепловом аккумуляторе, что позволит получить дополнительный расход пара на выходе из парогенератора при той же мощности реактора. Дополнительный расход пара может быть использован в дополнительной паротурбинной установке, что позволит не перегружать основную паротурбинную установку.

Основным недостатком является то, что в процессе разрядки теплового аккумулятора тепловая мощность, отдаваемая от теплоаккумулирующего материала к питательной воде будет снижаться, а температура подогреваемой воды непрерывно падать по мере разрядки, что усложняет работу дополнительной паротурбинной установки, т.к. увеличение расхода пар из парогенератора будет постоянно снижаться. В начальный период времени увеличение расхода пара будет наиболее высоким.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение работы аккумулятора фазового перехода при постоянной тепловой мощности, отдаваемой теплоносителю, для подогрева питательной воды в процессе разрядки теплового аккумулятора.

Указанный технический результат достигается за счет того, что на атомной электростанции, содержащей реактор, парогенератор, главный циркуляционный насос, основную паротурбинную установку, конденсатор основной паротурбинной установки, подогреватели низкого и высокого давления, деаэратор, первое и второе устройства парораспределения, дополнительную паротурбинную установку, конденсатор дополнительной паротурбинной установки, датчик температуры питательной воды перед парогенератором, аккумулятор фазового перехода, который подключен к тракту питательной воды основной паротурбинной установки после подогревателей высокого давления посредством прямого и обратного трубопроводов, расход питательной воды через него автоматически изменяется для поддержания постоянного уровня его тепловой мощности, что позволит обеспечивать неизменную заданную температуру питательной воды на входе в парогенератор.

Установлено, что тепловая мощность, отдаваемая аккумулятором фазового перехода, будет тем больше, чем больше расход теплоносителя через аккумулятор фазового перехода. Следовательно, в начальный период разрядки аккумулятора фазового перехода необходим малый расход питательной воды через него, т.к. полностью заряженный аккумулятор фазового перехода может отдавать большее количество тепла, и как следствие избыточно подогревать теплоноситель, однако при разрядке аккумулятора фазового перехода тепловая мощность его будет непрерывно падать, поэтому для поддержания постоянного уровня температуры питательной воды перед парогенератором, система регулирования будет увеличивать расход теплоносителя через аккумулятор фазового перехода до тех пор, пока аккумулятор фазового перехода не разрядится и уровень температуры на выходе из него не начнет падать.

Таким образом, для поддержания постоянной мощности аккумулятора фазового перехода, расход теплоносителя через аккумулятор фазового перехода изменяется регулирующим клапаном в автоматическом режиме по импульсу датчика температуры питательной воды, установленного перед парогенератором.

Настоящее изобретение позволяет обеспечить постоянную мощность для дополнительной паровой турбины в течение всего процесса разрядки аккумулятора фазового перехода, а также увеличить длительность разрядки аккумулятора фазового перехода, т.к. запасенное в аккумуляторе фазового перехода тепло расходуется более равномерно.

Предлагаемая схема работы теплового аккумулятора представлена на рисунке 1.

1 --реактор, 2-- парогенератор; 3 - главный циркуляционный насос, 4 - цилиндр высокого давления основной паротурбинной установки, 5 --цилиндр низкого давления основной паротурбинной установки; 6 - основной генератор; 7 - основной конденсатор; 8 - дополнительная паротурбинная установка; 9 - дополнительный генератор; 10 - дополнительный конденсатор; 11 - отсечные задвижки; 12 - подогреватели низкого давления; 13 - деаэратор; 14 - подогреватели высокого давления, 15 - аккумулятор фазового перехода; 16-регулирующий клапан; 17 - датчик температуры; УП1, УП2 - устройства парораспределения; КН1 - основной конденсатный насос; КН2 - дополнительный конденсатный насос; ПН1 - основной питательный насос; ПН2-дополнительный питательный насос; С - сепаратор; ПП - промежуточный перегреватель.

Система аккумулирования работает следующим образом. Зарядка аккумулятора фазового перехода осуществляется путем подачи в него свежего пара при помощи первого устройства парораспределения. В процессе разрядки через аккумулятор фазового перехода пропускается часть питательной воды после подогревателей высокого давления. В зависимости от требуемой мощности дополнительной паровой турбины 8 задается и поддерживается регулятором 16 необходимая температура питательной воды на входе в парогенератор по показаниям датчика температуры 17.

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на двухконтурных атомных электрических станциях с парогенераторами. В способе работы аккумулятора фазового перехода в составе двухконтурной атомной электростанции обеспечивается поддержание постоянной тепловой мощности, отдаваемой аккумулятором фазового перехода питательной воде за счет постоянно изменяющегося расхода питательной воды через аккумулятор фазового перехода. Причем используется регулирующий клапан, установленный в тракте питательной воды между прямым и обратным трубопроводами аккумулятора фазового перехода, работа которого осуществляется автоматически в зависимости от показаний датчика температуры питательной воды, для поддержания задаваемой температуры питательной воды перед парогенератором и требуемого увеличения расхода свежего пара на выходе из парогенератора. Техническим результатом является возможность обеспечить постоянную мощность для дополнительной паровой турбины в течение всего процесса разрядки аккумулятора фазового перехода, а также увеличить длительность разрядки аккумулятора фазового перехода, за счет более равномерного расхода запасенного тепла, а также обеспечение работы аккумулятора фазового перехода при постоянной тепловой мощности, отдаваемой для подогрева питательной воды в процессе его разрядки. 1 ил.

Способ работы двухконтурной атомной электростанции, содержащей аккумулятор фазового перехода, который подключен к тракту питательной воды основной паротурбинной установки после подогревателей высокого давления посредством прямого и обратного трубопроводов, причем обратный трубопровод подключен к трубопроводу питательной воды, реактор, парогенератор, главный циркуляционный насос, основную паротурбинную установку, конденсатор основной паротурбинной установки, подогреватели низкого и высокого давления, деаэратор, первое и второе устройства парораспределения, дополнительную паротурбинную установку, конденсатор дополнительной паротурбинной установки, датчик температуры питательной воды перед подачей ее в парогенератор, отличающийся тем, что обеспечивается поддержание постоянной тепловой мощности, отдаваемой аккумулятором фазового перехода питательной воде за счет постоянно изменяющегося расхода питательной воды через аккумулятор фазового перехода, посредством регулирующего клапана, установленного в тракте питательной воды между прямым и обратным трубопроводами аккумулятора фазового перехода, работа которого осуществляется автоматически в зависимости от показаний датчика температуры питательной воды, для поддержания задаваемой температуры питательной воды перед парогенератором и требуемого увеличения расхода свежего пара на выходе из парогенератора.