Система отвода тепла из защитной оболочки

Изобретение относится к области энергетики, а именно к объектам, требующим отвод нагретого воздуха от работающих в помещении устройств, и может быть использовано на атомных электростанциях для выработки дополнительной электроэнергии. Система отвода тепла из защитной оболочки содержит смонтированный под защитной оболочкой теплообменник. Вход и выход теплообменника пропущены через защитную оболочку и подключены к замкнутому контуру циркуляции легкокипящего теплоносителя. Контур циркуляции легкокипящего теплоносителя включает турбину с электрогенератором, энергоблок с парогенератором и установки для обеспечения безопасности энергоблока. Одна из установок имеет гидроустройство и пароводяную турбину. Энергоблок с парогенератором и установки для обеспечения безопасности энергоблока расположены под защитной оболочкой. Теплообменник установлен под куполом защитной оболочки. Теплообменник выполнен в виде двух ярусно расположенных кольцеобразных труб, соединенных между собой С-образными оребренными трубками. Концы трубок направлены к стенке защитной оболочки и охватывают гидроустройство установки для обеспечения безопасности энергоблока. Изобретение позволяет повысить надежность работы установок, обеспечивающих безопасность энергоблока, путем организации отвода тепла и использование его для получения дополнительной электроэнергии. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к объектам, требующим отвод нагретого воздуха от работающих в помещении устройств, и может быть использовано на атомных электростанциях для выработки дополнительной электроэнергии.

Известна теплофикационная энергетическая установка, содержащая парогенератор, турбину без конденсаторного типа с электрическим генератором, сетевые подогреватели и энергоблок с легкокипящим теплоносителем, имеющий парогенератор контактного типа, связанный с сетевыми подогревателями, паровую турбину с электрогенератором, конденсатор пара контактного типа и соединенную с ним градирню. (Патент РФ №2041363, МКИ: F01K 7/44; 23/00 от 09.08.95 г.)

Эта комбинированная энергетическая установка вырабатывает дополнительную электроэнергию за счет отработанного пара основного цикла с использованием легкокипящего теплоносителя. Вместе с тем большое количество теплого воздуха, получаемого при отводе от работающих устройств, не используется.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является система отвода тепла из защитной оболочки, содержащая смонтированный под защитной оболочкой теплообменник, вход и выход которого проходят через защитную оболочку и подключены к замкнутому контуру циркуляции легкокипящего теплоносителя, включающему турбину с электрогенератором, расположенные под защитной оболочкой энергоблок с парогенератором, и установки для обеспечения безопасности энергоблока, одна из которых имеет гидроустройство, и расположенную за защитной оболочкой пароводяную турбину. (Патент РФ №1829697, МКИ G21C 9/00 от 09.06.95 г.).

Данная система обеспечивает отвод тепла из защитной оболочки в ее нижней части и превращение его в механическую энергию для нужд АЭС. Однако основное тепло сосредотачивается в подкупольной части, что снижает в случае необходимости надежность работы спринклерной установки и установки для сжигания гремучей смеси. Кроме того, это тепло рационально не используется.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы установок, обеспечивающих безопасность энергоблока, путем организации отвода тепла и использования его для получения дополнительной электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что в известной системе отвода тепла из защитной оболочки, содержащей смонтированный под защитной оболочкой теплообменник, вход и выход которого пропущены через защитную оболочку и подключены к замкнутому контуру циркуляции легкокипящего теплоносителя, включающему турбину с электрогенератором, расположенные под защитной оболочкой энергоблок с парогенератором и установки для обеспечения безопасности энергоблока, одна из которых имеет гидроустройство и расположенную за защитной оболочкой пароводяную турбину, новым является то, что теплообменник установлен под куполом защитной оболочки и выполнен в виде двух ярусно расположенных кольцеобразных труб, соединенных между собой С-образными оребренными трубками, концы которых направлены к стенке защитной оболочки и охватывают гидроустройство установки для обеспечения безопасности энергоблока.

Кроме этого, гидроустройство установки для обеспечения безопасности энергоблока представляет собой спринклеры.

Кроме этого, одна из установок для обеспечения безопасности энергоблока может представлять собой сжигатель гремучей смеси, который закреплен над теплообменником.

Кроме этого, система может быть снабжена дополнительным замкнутым контуром циркуляции легкокипящего теплоносителя, соединенного со сбросом водяного пара из парового турбогенератора, посредством трехходового крана и межциклового теплообменника.

Кроме этого, замкнутые контуры циркуляции легкокипящего теплоносителя могут быть объединены между собой с помощью клапана.

Кроме этого, система может быть снабжена баками сбора горячей и холодной воды, которые соединены с замкнутыми контурами циркуляции легкокипящего теплоносителя при помощи пикового теплообменника, а между баками и контуром - с паровым турбогенератором при помощи деаэратора низкого давления.

Размещение теплообменника под куполом защитной оболочки позволяет отводить тепло из наиболее горячей зоны, в которую поступает как от работающих устройств, так и от работающих установок для сжигания гремучей смеси, предохраняя тем самым боковую поверхность защитной оболочки от перегрева.

Конструктивное выполнение теплообменника в виде двух ярусно расположенных кольцеобразных труб обусловлено тем, что в нижнюю раздаточную трубу поступает охлажденный легкокипящий теплоноситель, а в верхнюю собирающую трубу поступает полученный пар легкокипящего теплоносителя.

Конструктивное выполнение С-образных оребренных труб, концами, направленными к стенке защитной оболочки, вызвано возможностью орошения ребер трубок спринклерной водой и возможностью термических расширений между кольцеобразными трубами.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на

фиг.1 показана принципиальная схема системы отвода тепла из защитной оболочки;

фиг.2 - схема термодинамических циклов основного и подстроенного в TS диаграмме;

фиг.3 - компоновка подкупольного пространства защитной оболочки;

фиг.4 - зависимость увеличения коэффициента полезного действия системы в зависимости от температуры окружающей среды.

Система отвода тепла из защитной оболочки состоит из пароводяного контура и трех контуров циркуляции легкокипящего теплоносителя. Пароводяной контур содержит смонтированные под защитной оболочкой 1 энергоблок, включающий реактор 2, парогенератор 3, главный циркуляционный насос 4, компенсатор 5 объема и установленную вне защитной оболочки 1 пароводяную турбину 6 с электрогенератором 7. На пароводяной турбине 6 смонтирован трехходовой кран 8, входной участок 9 которого подсоединен к последней ступени пароводяной турбины 6, а два выходных участка 10 и 11 подсоединены соответственно к конденсатору 12 водяного пара для охлаждения его оборотной водой и межцикловому теплообменнику 13. Конденсатор 12 водяного пара и межцикловой теплообменник 13 выходными участками 14 и 15 соединены между собой и с парогенератором 3 посредством двух насосов 16 и 17 и регенеративного подогревателя 18.

Первый контур циркуляции легкокипящего теплоносителя предназначен для отвода тепла из под купольного пространства 19 защитной оболочки 1 и пространства над парогенератором 3. Этот контур содержит установленный в подкупольном пространстве 19 защитной оболочки 1 теплообменник 20, рециркуляционную установку охлаждения парогенератора 3, турбину 21 для легкокипящего теплоносителя с электрогенератором 22, смешивающий конденсатор 23 и соединенную с ним посредством трубопроводов 24 и 25 и насоса 26 сухую градирню 27.

Входной участок 28 теплообменника 20 для легкокипящего теплоносителя подсоединен посредством трубопроводов 29 и 30 и насосов 31, 32, и 33 к выходному патрубку 34 смешивающего конденсатора 23, а выходной участок 35 этого теплообменника 20 подсоединен паропроводами 36, 37 и 38 к входу 39 турбины 21 для легкокипящего теплоносителя.

Второй контур циркуляции легкокипящего теплоносителя предназначен для отвода тепла от последней ступени пароводяной турбины 6. Этот контур соединен с межцикловым теплообменником 13 на участке нагрева легкокипящего теплоносителя. Межцикловой теплообменник 13 выходным участком 40 для пара легкокипящего теплоносителя подсоединен посредством паропроводов 41, 38 и разделительного клапана 42 к входу 39 турбины 21, а входным участком 43 межциклового теплообменника 13 для нагрева легкокипящего теплоносителя подсоединен к выходному патрубку 34 смешивающего конденсатора 23 посредством насосов 44 и 33, трубопроводов 45, 30 и регенеративного подогревателя 46. На этом контуре параллельно установлен компенсатор давления 47 с насосами 48, 49. Клапан 42 служит для регулирования подачи пара легкокипящего теплоносителя из второго контура в турбину 21.

Третий контур циркуляции легкокипящего теплоносителя системы отвода тепла из защитной оболочки служит для ликвидации пиковых нагрузок у потребителя. Имеет бак 50 сбора для горячей воды и бак 51 накопления для охлажденной воды, эти два бака 50 и 51 соединены между собой посредством пикового теплообменника 52. Для ввода в теплообменник 52 горячей воды в дне бака 50 смонтирована труба 53 с насосом 54, а для вывода из теплообменника 52 охлажденной воды и ввод ее в бак 51 служит труба 55. По нагреваемому легко кипящему теплоносителю теплообменник 52 соединен входными трубами 56, 29 и 30 с выходным патрубком 34 смешивающего конденсатора 23 посредством насосов 31 и 33, а по выходу из теплообменника 52 пара легкокипящего теплоносителя паропроводом 57 и 38 с входным участком 39 турбины 21. Вход 58 в бак 50 сбора горячей воды соединен с деаэратором 59 низкого давления, который в свою очередь для подпитки водяным паром соединен с турбиной 6 энергоблока. Входной участок 60 деаэратора 59 и выход 61 из бака 51 соединен между собой посредством трубопровода 62 и насоса 63 и соединены с входом 64 в парогенератор 3 энергоблока посредством задвижки 65, трубопровода 66, 67, насоса 17 и регенеративного подогревателя 18.

Под куполом защитной оболочки смонтированы установки для обеспечения безопасности энергоблока, одна из которых имеет гидроустройство, представляющее собой спринклеры 68, установленные в подкупольном пространстве 19 на стенке защитной оболочки 1 в средней части теплообменника 20. Другой установкой для обеспечения безопасности энергоблока является сжигатель 69 гремучей смеси, который установлен над теплообменником 20. Теплообменник 20 выполнен в виде двух ярусно расположенных кольцеобразных труб 70 и 71, соединенных между собой С-образными оребренными трубками 72, собранными в панели. Концы С-образных оребренных трубок 72 направлены к стенке защитной оболочки 1 и охватывают спринклеры 68 таким образом, чтобы часть потока воды из форсунок была направлена на оребрение.

Для съема тепла, образующегося над пространством парогенератора 3, который расположен в боксе 73, рециркуляционная установка охлаждения парогенератора 3 состоит из центробежного вентилятора 74 с теплообменником 75, вход 76 которого подсоединен к трубопроводу 29, а выход 77 - к паропроводу 36. Центробежный вентилятор 74 с теплообменником 75 установлен в боксе 73 парогенератора 3.

Система отвода тепла из защитной оболочки работает следующим образом. При работе энергоблока в нормальном режиме эксплуатации под куполом защитной оболочки накапливается теплый воздух, температура которого составляет 60 градусов. Выделяющееся тепло разогревает теплообменник 20 первого контура циркуляции легкокипящего теплоносителя. В качестве холодильного агента в контуры циркуляции помещен легкокипящий теплоноситель - хладон. Находящийся в С-образных оребренных трубах 72 теплообменника 20 легкокипящий теплоноситель вскипает, и образовавшийся пар начинает подниматься вверх, нагреваясь еще больше. В верхней кольцеобразной трубе 71 пар легкокипящего теплоносителя собирается и поступает по паропроводу 36 в турбину 21, вал которой вращает ротор электрогенератора и вырабатывает дополнительную электроэнергию. Отработанный пар легкокипящего теплоносителя из турбины 21 поступает в смешивающий конденсатор 23, из которого по выходному патрубку 34 насосом 33 охлажденный теплоноситель подается по трубе 30, насосом 31 и насосом 32 по трубопроводу 29 на входной участок 28 в нижнюю кольцеобразную трубу 70 теплообменника 20.

Одновременно с этим охлажденный теплоноситель поступает и в теплообменник 75, который обдувается нагретым от работающего парогенератора 3 воздухом. Образующийся в теплообменнике 75 пар подают в паропровод 36 на выработку дополнительной электроэнергии, а охлажденный воздух возвращают на охлаждение бокса 73 парогенератора 3. Электродвигатель центробежного вентилятора 74 может быть подключен к электрогенератору 22.

Смешивающий конденсатор 23 работает на оборотном легкокипящем теплоносителе, подаваемым насосом 26 по трубе 25 на охлаждение в сухую градирню 27, из которой охлажденный легкокипящий теплоноситель по трубе 24 поступает в смешивающий конденсатор 23 на орошение и конденсацию горячего теплоносителя.

При открытом клапане 42 во втором контуре циркуляции легкокипящего теплоносителя из смешивающего конденсатора дополнительно подается теплоноситель по выходному патрубку 34 насосом 33 по трубопроводу 30 на смешивающий регенеративный подогреватель 46 и далее питательным насосом 44 по трубе 45 на вход 43 в межцикловой теплообменник 13. При открытом трехходовом кране 8 теплообменник 13 подогревается отработанным паром от пароводяной турбины 6 пароводяного контура энергоблока. Легкокипящий теплоноситель в межцикловом теплообменнике 13 вскипает и пар по выходу 40 и паропроводу 41 через разделительный клапан 42 и паропровод 38, где происходит смешивание легкокипящего теплоносителя первого и второго контуров, поступает на вход 39 турбины 21 для выработки дополнительной электроэнергии. Разделительный клапан 42 служит для ступенчатой подачи пара легкокипящего теплоносителя из второго контура в первый и полного закрытия при авариях на оборудовании под защитной оболочкой 1. С помощью компенсатора давления 47 насосами 48 и 49 поддерживается заданное давление во втором контуре.

Для ликвидации пиковых нагрузок имеется третий контур циркуляции легкокипящего теплоносителя. В деаэратор 59 низкого давления от пароводяной турбины 6 поступает отработанный пар, в котором он конденсируется и деаэрируется, и горячая вода направляется в бак 50 сбора горячей воды. При пиковых нагрузках включают насос 54, и горячая вода по трубе 53 поступает в теплообменник 52, в который насосом 31 по трубе 56 подают легкокипящий теплоноситель, где происходит его испарение и по паропроводу 57, 37 и 38 пар поступает на вход 39 турбины 21 для выработки дополнительной электроэнергии. Охлажденная вода из теплообменника 52 направляется по трубопроводу 55 во второй бак 51 запаса холодной воды. По мере повышения уровня воды в баке 51 включают насос 63 и холодная вода из выхода 61 бака 51 по трубопроводу 62, трубопроводу 60 поступает в деаэратор 59 для конденсации пара, а при открытой задвижке 65 часть воды по трубопроводу 62, 66 и 67 подается насосом 17 в подогреватель 18, а затем через вход 64 в парогенератор 3. Задвижку 65 открывают при падении уровня воды в парогенераторе 3 в пароводяном контуре в нормальных и аварийных режимах эксплуатации.

Трехходовой кран 8 имеет три положения: правое, нейтральное и левое:

- при правом положении крана 8 пар после турбины 6 направляется только в конденсатор 12, охлаждаемый оборотной водой;

- при нейтральном положении крана 8 пар после турбины 6 направляется в конденсатор 12 и межцикловой теплообменник 13 для испарения легкокипящего теплоносителя;

- при левом положении крана 8 пар после турбины 6 направляется только в межцикловой теплообменник 13.

В случае аварии внутри защитной оболочки 1 включаются спринклеры 68, вода распыляется и попадает на оребренные трубки 72, охлаждается на них и укрупненными каплями с большей скоростью падает вниз. За счет этого внутри защитной оболочки 1 организуется вдоль вертикальных стен защитной оболочки 1 падающий поток охлажденной воды, а по центру объема защитной оболочки 1 - восходящий горячий поток парогазовой смеси, направляющийся внутрь сжигателя 69 гремучей смеси.

Технико-экономический эффект состоит в том, что за счет отвода избыточного тепла из защитной оболочки появляется возможность, используя энергию этого тепла, вырабатывать дополнительную электроэнергию на существующих электростанциях, обеспечить стабильную подачу электроэнергии потребителю во всех режимах эксплуатации, повысить безопасность электростанции, обеспечить стабильный температурный режим в оболочке в нормальном и аварийном режимах при отключении электропитания и уменьшить электронагрузки на собственные нужды станции.

1. Система отвода тепла из защитной оболочки, содержащая смонтированный под защитной оболочкой теплообменник, вход и выход которого пропущены через защитную оболочку и подключены к замкнутому контуру циркуляции легкокипящего теплоносителя, включающему турбину с электрогенератором, расположенные под защитной оболочкой энергоблок с парогенератором и установки для обеспечения безопасности энергоблока, одна из которых имеет гидроустройство и пароводяную турбину, отличающаяся тем, что теплообменник установлен под куполом защитной оболочки и выполнен в виде двухъярусно расположенных кольцеобразных труб, соединенных между собой С-образными оребренными трубками, концы которых направлены к стенке защитной оболочки и охватывают гидроустройство установки для обеспечения безопасности энергоблока.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что гидроустройство установки для обеспечения безопасности энергоблока представляет собой спринклеры.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что одна из установок для обеспечения безопасности энергоблока представляет собой сжигатель гремучей смеси, закрепленный над теплообменником.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена вторым замкнутым контуром циркуляции легкокипящего теплоносителя, соединенным с турбиной для легкокипящего теплоносителя и пароводяной турбиной посредством трехходового крана и межциклового теплообменника.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что замкнутые контуры циркуляции легкокипящего теплоносителя объединены между собой с помощью клапана.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что она снабжена третьим замкнутым контуром циркуляции легкокипящего теплоносителя, соединенным с турбиной для легкокипящего теплоносителя и имеющим пиковый теплообменник с двумя баками для горячей и холодной воды, сообщенными с пароводяной турбиной и с парогенератором.