Способ повышения маневренности аэс


 


Владельцы патента RU 2529508:

Юрин Валерий Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к способам эксплуатация АЭС. В пиковые часы электрической нагрузки газотурбинная установка вырабатывает дополнительную электроэнергию, в котле-утилизаторе генерируется пар, перегреваемый в пароводородном перегревателе и направляемый в дополнительную паровую турбину, также вырабатывающую дополнительную электроэнергию. В ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованная электроэнергия аккумулируется в виде водорода и кислорода, ГТУ останавливается, дополнительная паровая турбина останавливается или работает на пониженной нагрузке на пару, отбираемом из устройства парораспределения перед ЦВД паровой турбины. Технический результат - аккумулирование в ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованной энергии и выработка дополнительной электроэнергии в пиковые часы электрической нагрузки с сохранением безопасности и надежности эксплуатации станции за счет вывода оборудования парогазовой установки и водородного хозяйства за территорию площадки АЭС. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в атомной энергетике, на атомных электрических станциях (АЭС) с водоохлаждаемыми реакторами.

Известен способ покрытия пиков электрической нагрузки посредством парогазовой установки (см. авт. свид. СССР на изобретение №1163681, МПК F 01K 23/10, опубл. 15.12.1985 г.). Теплота от сжигания водорода с кислородом в камере нагрева подводится к рабочему телу газовой турбины, повышая его температуру и, тем самым, достигается большая выработка мощности. Отработавшее рабочее тело в газовой турбине отдает оставшуюся теплоту пару паротурбинной установки при промежуточном перегреве, вытесняя тем самым весь пар, предназначенный для осуществления промежуточного перегрева и который срабатывает в паровой турбине, повышая мощность паротурбинной установки.

Недостатком известной парогазовой установки является возникновение переменного расхода рабочего тела паротурбинной установки. Также недостатком является больший расход водорода и кислорода для осуществления нагрева рабочего тела газовой турбины, поскольку нагрев осуществляется через разделяющую теплообменную поверхность. При этом необходимо использовать принудительное охлаждение образующегося высокотемпературного пара при окислении водорода кислородом специальной охлаждающей водой, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте внешнего охлаждения устройства сгорания охлаждающей водой. Уходящие газы используется в цикле АЭС, что усложняет ее работу и отрицательно сказывается на безопасности ее эксплуатации.

Известен способ достижения маневренности АЭС с пароводородным перегревом пара на параллельно подключенной к основной (сателлитной) турбоустановке (см., например, статью Малышенко С.П., Назарова О.В., Сарумов Ю.А. Некоторые термодинамические и технико-экономические аспекты применения водорода как энергоносителя в энергетике // Атомно-водородная энергетика и технология. - М.: Энергоатомиздат.- 1986. - Вып.7. - С.116-117). На сателлитную турбоустановку подается часть основного пара путем его разделения перед цилиндром высокого давления основной турбины АЭС. При входе в сателлитную турбоустановку осуществляется пароводородный перегрев пара.

Недостатком известной схемы является использование сателлитной турбоустановки только через разгрузку основной турбоустановки, что сопряжено с возникновением переменного расхода рабочего тела. Также недостатком является менее эффективное использование теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде вследствие применения принудительного наружного охлаждения камеры сгорания, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды. Также недостатком является образование солевых отложений в тракте внешнего охлаждения камеры сгорания охлаждающей водой, что со временем становится причиной неработоспособного состояния пароводородного перегревателя. Энергия сжигания водорода используется в цикле АЭС, что усложняет ее работу и отрицательно сказывается на безопасности ее эксплуатации.

Известен способ обеспечения маневренности атомных электрических станций (см. патент РФ на изобретение №70312, МПК F01K13/02 (2006.01), H02J9/04 (2006.01), G21D3/08 (2006.01), опубл. 20.01.2008 г.), путем производства водорода с кислородом в часы провала нагрузки и сжигания их в часы пиковой нагрузки.

Недостатком известной установки является менее эффективное использование теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде вследствие применения принудительного наружного охлаждения камеры сгорания, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды. Также недостатком является образование солевых отложений в тракте внешнего охлаждения камеры сгорания охлаждающей водой, что со временем становится причиной неработоспособного состояния пароводородного перегревателя. Так же недостатком такого способа является то, что пуск турбины осуществляется из непрогретого состояния, что сказывается на снижении срока службы турбоустановки, росте расходов тепла на пуск, снижение мобильности.

Известен способ повышения мощности, турбинной установки АЭС (см. авт. свид. СССР на изобретение №936734, МПК G 21D 1/00, опубл. 07.09.1983 г.), повышение мощности достигается за счет того, что промежуточный перегрев основного пара осуществляют в пароводородном перегревателе, куда подается для сжигания водород. Вытесненный пар, предназначенный для осуществления промежуточного перегрева, срабатывает в основной турбине, повышая ее мощность.

Недостатком известной турбинной установки является возникновение переменного расхода рабочего тела, что снижает надежность энергоблока АЭС. Также недостатком является больший расход водорода и кислорода для осуществления промежуточного пароводородного перегрева основного пара до заданной температуры в пароводородном перегревателе, поскольку перегрев осуществляется через теплообменную поверхность. При этом необходимо использовать принудительное охлаждение образующегося высокотемпературного пара при окислении водорода кислородом специальной охлаждающей водой, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте внешнего охлаждения камеры сгорания охлаждающей водой. Энергия сжигания водорода используется в цикле АЭС, что усложняет ее работу и отрицательно сказывается на безопасности ее эксплуатации.

Известен способ повышения маневренности турбинной установки атомной электростанции (варианты) (см. патент РФ №2459293, МПК - G 21 D 01/00, МПК - F 01 K 23/10, МПК - G 21 D 05/08, МПК - G 21 D 03/08. Бюл.№23, опубл. 20.08.2012), предназначенный для обеспечения надежного режима работы паротурбинной установки АЭС при повышении ее мощности за счет использования сателлитной паровой турбины, работающей на вытесненном паре, полученном в результате водородного перегрева основного пара.

Недостатком известной турбинной установки является возникновение переменного расхода рабочего тела, что снижает надежность энергоблока АЭС. Пуск турбины осуществляется из непрогретого состояния, что сказывается на снижении срока службы турбоустановки, росте расходов тепла на пуск, снижение мобильности. Кроме того в случае работы по 1-му варианту без водородного перегрева пар поступает в пиковую паровую турбину с низкими параметрами, это приводит к уменьшению выработки электрической энергии и повышению влажности, а следовательно, и к снижению эффективности и надежности установки. Энергия сжигания водорода используется в цикле АЭС, что усложняет ее работу и отрицательно сказывается на безопасности ее эксплуатации.

Известен способ повышения маневренности парогазовой установки, (см. авт.свид. СССР на изобретение №941641, МПК F 01K 23/06, опубл. 07.07.1982 г.), позволяющей широко маневрировать электрической мощностью как в паровой, так и в газовой ее части и обеспечивать возможность получения дополнительной мощности от турбины насыщенного пара. Это осуществляется за счет того, что теплота от выхлопных газов газовой турбины подводится к острому насыщенному пару паровой турбины, повышая его температуру и тем самым увеличивая располагаемый теплоперепад цилиндра высокого давления паровой турбины. После этого выхлопные газы газовой турбины в промежуточном пароперегревателе дополнительно перегревают пар паротурбинной установки, тем самым увеличивая располагаемый теплоперепад цилиндра низкого давления паровой турбины. Также возможно вытеснение отборов паровой турбины теплом выхлопных газов газовой турбины. Кроме того, в установке допускается независимая работа паровой турбины и газовой турбины, при которой выхлопные газы газовой турбины, минуя основной пароперегреватель, сбрасывают в атмосферу.

Недостатком известной парогазовой установки являются большие гидравлические и тепловые потери, вызванные необходимостью прокачки большого объема острого насыщенного пара через основной пароперегреватель. Кроме того, переменные режимы параметров пара снижают надежность турбоустановки. Станция имеет малый диапазон маневрирования мощности, т.к. способ не предусматривает разгрузку станции ночью. Уходящие газы используются в паровом цикле, в случае комбинирования ГТУ с АЭС, это усложняет ее работу и отрицательно сказывается на безопасности ее эксплуатации.

Наиболее близким аналогом является известный способ повышения маневренности парогазовой установки, (см. авт. свид. СССР на изобретение №1060798, МПК F 01K 23/10, опубл. 15.12.1983), позволяющий обеспечить выработку пиковой мощности при высокой экономичности работы, обусловленной глубокой утилизацией тепла отработавших газов газовой турбины. Это достигается за счет того, что в пиковом режиме включают в работу газовую турбину и промежуточный перегрев пара паровой турбины осуществляют в газопаровом пароперегревателе за счет утилизации тепла выхлопных газов, а отбор острого пара в паропаровой пароперегреватель отключают, тем самым увеличивая расход пара через цилиндр высокого давления. Также, при включенном парогазовом пароперегревателе, воду из сепаратора направляют в газопаровой пароперегреватель, где происходит ее испарение и перегрев. Полученный перегретый пар смешивают с основным потоком пара после газопарового пароперегревателя и подают в цилиндр низкого давления паровой турбины. В результате увеличения расхода пара в обоих цилиндрах вырабатывается дополнительная пиковая мощность.

Недостатком известной турбинной установки является возникновение переменного расхода рабочего тела, что снижает надежность турбоустановки. Кроме того, большие гидравлические и тепловые потери, вызванные необходимостью прокачки большого объема острого насыщенного пара через основной пароперегреватель. Станция имеет малый диапазон маневрирования мощности, т.к. способ не предусматривает разгрузку станции ночью. Уходящие газы используется в паровом цикле, в случае комбинирования ГТУ с АЭС, это усложняет ее работу и отрицательно сказывается на безопасности ее эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение надежного и безопасного повышения маневренности и экономичности двухконтурной АЭС.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является аккумулирование в ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованной энергии и выработка дополнительной электроэнергии в пиковые часы электрической нагрузки, при том, что оборудование парогазовой установки (ПГУ) и водородное хозяйство выведено за территорию площадки АЭС и не оказывает, таким образом, отрицательного влияния на безопасность и надежность эксплуатации станции.

Указанный технический результат достигается тем, что на АЭС, содержащей паровую турбину с цилиндрами высокого и низкого давления, устройство парораспределения, сепаратор, промежуточный перегреватель, систему для получения водорода и кислорода, включающую электролизную установку для получения водорода и кислорода с водородными и кислородными ресиверами, причем вход цилиндра высокого давления соединен трубопроводом с устройством парораспределения, парогазовую установку, состоящую из газотурбинной установки, котла утилизатора, пароводородного перегревателя и дополнительной паротурбинной установки, при этом дополнительная паротурбинная установка подключена к котлу утилизатору и к устройству парораспределения перед цилиндром высокого давления основной турбины посредством трубопровода, пароводородный перегреватель соединен с системой для получения водорода и кислорода, оборудование, входящее в состав парогазовой установки и водородное хозяйство выведено за территорию площадки АЭС, согласно изобретению в пиковые часы электрической нагрузки ГТУ вырабатывает дополнительную электроэнергию, в котле-утилизаторе генерируется пар, перегреваемый в пароводородном перегревателе и направляемый в дополнительную паровую турбину, также вырабатывающую дополнительную электроэнергию; в ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованная электроэнергия аккумулируется в виде водорода и кислорода, ГТУ останавливается, дополнительная паровая турбина останавливается или работает на пониженной нагрузке на пару, отбираемом из устройства парораспределения перед ЦВД паровой турбины.

Сущность изобретения заключается в обеспечении надежного и безопасного повышения маневренности и экономичности двухконтурной АЭС посредством работы ПГУ и водородного хозяйства, оборудование которых выведено за территорию площадки станции.

Изобретение иллюстрируется чертежом (фиг.1), где показана схема повышения маневренности АЭС. Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - цилиндр высокого давления (ЦВД) паровой турбины; 2 - цилиндр низкого давления (ЦНД) паровой турбины; 3 - сепаратор; 4 - промежуточный перегреватель; 5 - электрические генераторы; 6 - конденсаторы; 7 - устройство парораспределения; 8 - компрессор (К); 9 - камера сгорания (КС); 10 - газовая турбина; 11 - котел-утилизатор (КУ); 12 - дополнительная паровая турбина; 13 - устройство распределения конденсата; 14 - пароводородный перегреватель.

В эксплуатационном режиме работы атомной электростанции пар из паропроизводящего устройства через парораспределительное устройство 7 направляется в ЦВД паровой турбины 1, затем через сепаратор 3 и промежуточный паро-паровой перегреватель 4 поступает в ЦНД паровой турбины 2, после чего пар конденсируется в конденсаторе 6 паровой турбины. При этом на генераторе 5 паровой турбины вырабатывается электрическая мощность.

В пиковые часы электрической нагрузки газовая турбина 10 вырабатывает дополнительную мощность, за счет уходящих газов в КУ 11 генерируется пар, после чего перегревается в пароводородном перегревателе 14 и направляется в дополнительную паровую турбину 12, которая также работает на выработку дополнительной мощности.

В ночные часы провала электрической нагрузки газовая турбина 10 и пароводородный перегреватель 14 отключены, дополнительная паровая турбина 12 отключается или продолжает работать на минимальной нагрузке за счет пара, отбираемого из устройства парораспределения 7 перед ЦВД 1. За счет процесса электролиза воды происходит аккумулирование невостребованной электроэнергии в виде водорода и кислорода, которые при помощи дожимных водородных и кислородных компрессорных агрегатов поступают в емкости хранения (на схеме не показаны).

Отличительным признаком способа повышения маневренности АЭС является аккумулирование в ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованной энергии и выработка дополнительной электроэнергии в пиковые часы электрической нагрузки, при том, что оборудование ПГУ и водородное хозяйство выведено за территорию площадки АЭС и не оказывает, таким образом, отрицательного влияния на безопасность и надежность эксплуатации станции.

Способ повышения маневренности АЭС, содержащей паровую турбину с цилиндрами высокого и низкого давления, устройство парораспределения, сепаратор, промежуточный перегреватель, систему для получения водорода и кислорода, включающую электролизную установку для получения водорода и кислорода с водородными и кислородными ресиверами, причем вход цилиндра высокого давления соединен трубопроводом с устройством парораспределения, парогазовую установку, состоящую из газотурбинной установки, котла утилизатора, пароводородного перегревателя и дополнительной паротурбинной установки, при этом дополнительная паротурбинная установка подключена к котлу утилизатору и к устройству парораспределения перед цилиндром высокого давления основной турбины посредством трубопровода, пароводородный перегреватель соединен с системой для получения водорода и кислорода, оборудование, входящее в состав парогазовой установки, и водородное хозяйство выведено за территорию площадки АЭС, отличающийся тем, что в пиковые часы электрической нагрузки с помощью ГТУ вырабатывают дополнительную электроэнергию, пар, генерируемый в котле-утилизаторе и перегреваемый в пароводородном перегревателе, направляют в дополнительную паровую турбину, с помощью которой вырабатывают дополнительную электроэнергию; в ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованную электроэнергию аккумулируют в виде водорода и кислорода, ГТУ останавливают, дополнительную паровую турбину останавливают или оставляют в работе на пониженной нагрузке на пару, отбираемом из устройства парораспределения перед ЦВД паровой турбины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к энергетическим ядерным реакторам, и может найти применение на атомных теплоэлектростанциях (АТЭС) и различного назначения энергетических установках.

Изобретение относится к источникам электроснабжения космического аппарата. Пары балок, стыкующихся крайними балками с космическим аппаратом, размещены по трем продольным плоскостям вокруг космического аппарата.

Изобретение относится к радиационной защите в составе ядерной энергетической установки для космического аппарата. Защита в местах прохода трубопроводов снабжена вставками из теплозащитного материала, например, на основе кварцевых волокон, закрепленными на внешней поверхности защиты и отделяющими трубопроводы от герметизирующей оболочки контейнера с гидридом лития.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ), используемым в качестве источников электрической энергии космических аппаратов. .

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на атомных электрических станциях (АЭС) с промежуточным перегревом пара. .

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к очистке теплоносителя тяжеловодных реакторов от трития. .

Изобретение относится к источникам электроснабжения космического аппарата. .

Изобретение относится к источникам энергоснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам обеспечения глубокой подкритичности ядерного реактора космической ядерной энергетической установки на этапе входа космического аппарата с орбиты в плотные слои атмосферы Земли.

Изобретение относится к источникам электроснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к космическим аппаратам (КА), может быть использовано для обеспечения отведения на заданное расстояние ядерной энергетической установки (ЯЭУ) от приборно-агрегатного отсека КА. Устройство для отведения ЯЭУ представляет собой трансформируемую пространственную ферменную конструкцию, базовым элементом которой является секция в форме параллелепипеда с квадратными основаниями, общими для двух смежных секций, со складывающимися боковыми гранями на двух противоположных сторонах секции и со складывающимися диагоналями по одной на двух других противоположных сторонах. Основания, боковые грани и диагонали выполнены из полых стержневых элементов и соединены между собой шарнирными узлами. Диагонали смежных секций установлены разнонаправленно, а продольные и поперечные стержневые элементы боковых граней и оснований скреплены между собой фитингами, образуя с двух противоположных складывающихся боковых граней секции по две скрепленные между собой жесткие рамы. В шарнирных узлах установлены фиксаторы конструкции в развернутом состоянии. Пружины кручения в шарнирных узлах установлены на осях вращения и закреплены в проушинах фитингов, а фиксаторы конструкции в развернутом состоянии выполнены в виде защелки. Техническим результатом изобретения является автоматическое отведение на заданное расстояние ЯЭУ от агрегатного отсека КА с созданием после отведения жесткой конструкции системы. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в энергетических установках с реактором на быстрых нейтронах c теплоносителем в виде свинца или его сплава. Установка включает шахту реактора с верхним перекрытием, размещенный в шахте реактор с активной зоной, парогенераторы, циркуляционных насосы, циркуляционные трубопроводы, системы исполнительных механизмов и устройств для обеспечения пуска, эксплуатации и остановки реакторной установки. Парогенераторы выполнены в виде трубчатых теплообменников, в которых свинцовый теплоноситель течет внутри труб, а вода-пар - в межтрубном пространстве, парогенераторы размещены в отдельных боксах и сообщены с шахтой реактора циркуляционными трубопроводами подъема и слива свинцового теплоносителя. Парогенераторы и большая часть циркуляционных трубопроводов размещены выше уровня свинцового теплоносителя в шахте реактора, циркуляционные насосы размещены в шахте реактора на циркуляционных трубопроводах подъема горячего свинцового теплоносителя, обеспечена естественная циркуляция свинцового теплоносителя при отключении циркуляционных насосов. Технический результат - снижение удельного объема свинцового теплоносителя на единицу мощности реактора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к очистке газовой среды от водорода. Система очистки имеет дожигатель водорода, состоящий из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и кислородосодержащего наполнителя, например, в виде оксида металла, размещенного в корпусе, подводящий и отводящий трубопроводы, запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей водород, и запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей кислород. Технический результат - отсутствие загрязнения газовой среды примесями, вредными для конструктивных элементов реакторной установки и/или теплоносителя, в частности свинцово-висмутового. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к циклу преобразования энергии для пара, генерируемого реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением. Цикл имеет первую стадию, на которой первое расширение пара, выходящего из парогенератора, связанного с реактором, осуществляется для приведения пара из исходного состояния «цикла ископаемого топлива» в промежуточное состояние, с температурой и давлением упомянутого пара, соответствующим исходному состоянию «ядерного цикла», вторую стадию, на которой второе расширение пара из промежуточного состояния осуществляется до получения пара в первом влажном состоянии, расположенном ниже кривой насыщения пара, третью стадию, на которой пар подвергают сушке и перегреву, и четвертую стадию, на которой осуществляется третье расширение пара для его приведения из перегретого состояния во второе влажное состояние. Изобретение позволяет повысить срок службы оборудования. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в энергетических установках с жидкометаллическими свинецсодержащими теплоносителями, в частности в реакторах на быстрых нейтронах. Ядерная энергетическая установка включает корпус реактора с центральной и периферийной частями; шахту с активной зоной, расположенную в центральной части корпуса; жидкометаллический теплоноситель, циркуляционный насос, парогенератор, размещенные в периферийной части корпуса; полость с защитным газом, расположенную над теплоносителем, устройство для ввода защитного газа. Устройство размещено в периферийной части корпуса над верхним срезом парогенератора в зоне всаса циркуляционного насоса, содержащего заборную и рабочую части. Заборная часть расположена в упомянутой полости с защитным газом и имеет отверстия в верхней части, а рабочая - под свободным уровнем жидкометаллического теплоносителя. Технический результат - формирование стабильной газожидкостной смеси с требуемой дисперсностью газовых пузырей. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх