Атомная электростанция с несколькими ядерными раеакторами

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (ii) 486593 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.05.7 2(21) 1782301/26-25 с присоединением заявки Л (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.08.76.Бюллетень ¹ 31 (45) Дата опубликования описания11.03.77 (51) М. Кл.

2 21 Э 5/08

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.039. .53(088.8) Е. И. Гришанин, В. Г. Илюнин, И. А. Кузнецов, В. М. Мурогов и А. Н. Шмелев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С НЕСКОЛЬКИМИ

ЯДЕРНЫМИ РЕАКТОРАМИ

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано на атомных электростанциях (АЭС) с ядерными реакторами (ЯР), охлаждаемыми газообразными теплоносителем. 5

Известны схемы АЭС и конструкции ядерных реакторов с газовым теплоносителем, углекислотой и др. как на тепловых, так и на быстрых нейтронах.

Дальнейшее увеличение коэффициента вос- tð производства в быстром реакторе может быть достигнуто за счет использования металлического топлива, особенно в реакторе с газовым теплоносителем, так как "смягчение» спектра натриевым теплоносителем 15 приводит к значительно меньшему эффекту.

Однако низкая допустимая температура металлического топлива обуславливает низкие параметры пара и к.п.д, и низкую энер- gp гонапряженность ядерного горючего в рамках общепринятой схемы АЭС с реактором на быстрых нейтронах. В результате время удвоения горючего в таком реакторе также составляет 8-10 лет. Низкая температура 5 газа на выходе делает нецелесообразным применение прямого газотурбинного цикла.

Целью данного изобретения является со= -дание такой атомной электростанции, которая будет характеризоваться высокой выхо, . ной температурой (к.п,д. установки) и энергонапряженностью горкчего, свойственными высокотемпературным газографитовым реакторам, и одновременно обеспечит высокий темп воспроизводства горючего, характерный для быстрого реактора с металлическим топливом.

Это достигается при использовании на

АЭС связанных по тепловому циклу реакторов двух типов: высокотемпературного на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем и низкотемпературного быстрого реактора с металлическим или керамическим топливом и стальной оболочкой ТВЭЛ.Использование этих двух реакторов отдельно,т.е. без связи по теплоносителю в первом или во втором контуре, не позволяет достичь указанных характеристик.

Низкотемпературное тепло быстрого реактора используется для подогрева и частичногс

486593 или полного испарения воды в парогенераторе, а высокотемпературное тепло реактора на тепловых нейтронах используется для испарения, перегрева и промежуточного перегрева пара, 5

В быстром реакторе теплоноситель подоо гревается с 200-300 до 400-500 С, а в тепловом реакторе с 400-500 до 600— о

800 С. В каждом реакторе может использоваться теплоноситель, различающийся тем-1О пературой, давлением и видом вещества, например, натрий или углекислота и гелий с давлением 100-300 ата) в быстром реакторе и гелий в тепловом реакторе с давлением 30-70 ата. 15

Однако технически и технологически наиболее просто осуществить последовательное охлаждение обоих реакторов одним теплоносителем с одинаковым давлением. B этом. случае оба реактора можно будет разместить в одном корпусе из предварительно напряженного железобетона с наиболее прогрессивной интегральной компоновкой первого контура. При этом газовый теплоноситель (гелий или углекислота) сначала поступает в быстрый реактор с температурой 200300 С а затем в тепловой реактор с теме о пературой 400-500 С, где он подогреваето ся до 600-800 С, Высокая температура газа на выходе из теплового реактора делает целесообразным использование прямого газотурбинного цикла.

B качестве рабочего тела и теплоносите35 ля наиболее подходящими по термодинамическим, теплофизическим и технологическим свойствам являются гелий и углекислота, которые уже нашли применение в атомной энергетике, При этом могут быть использованы обычные схемы с одно- двух- и даже трехступенчатым стажем в случае гелиевого теплоносителя, а в случае углекислотного теплоносителя возможно применение жидкостного конденсационного цикла Гохштейна или 4 комбинированного цикла (например, цикла

Дехтерева) со сжатием углекислоты как в жидкой,так и в газовой фазе.

В быстром газовом реакторе предпочтительно иметь давление теплоносителя 150- 50

300 ата, а для теплового газоохлаждаемого реактора из-за трудности сооружения корпуса необходимого размера предпочтительней давление не выше 60 ата. Поэтому может оказаться целесообразным схема 55 с турбиной, включенной между быстрым реактором и тепловым, Теплоноситель из быстрого реактора с давлением 150о

300 ата и температурой 350-45.0 С срабатывается до давления 60-100 ата, затем 60 подогревается в тепловом реакторе до темо пературы 600-800 С и срабатывается далее. Для такой схемы наиболее подходящим теплоносителем и рабочим телом являет ся углекислота, для которой оптимальное наименьшее давление в схеме с конденсацией и двухфазным сжатием находится в районе 20 ата, так что общая степень расширения в обеих турбинах может быть достаточно высокой (выше 10).

На фиг. 1 показана двухконтурная схема предлагаемой АЭС с общим паросиловым циклом во втором контуре и различными теплоносителями в каждом реакторе, отдающими тепло в общий контур; на фиг. 2то же, с паросиловым циклом во втором контуре и общим теплоносителем для обоих реакторов; на фиг. 3 — одноконтурная схема АЭС с конденсационным циклом и регенеративным подогревом с углекислотой в качестве рабочего тела и теплоносителя и турбиной, включенной между реакторами, что позволяет иметь различное значение давления теплоносителя в быстром и тепловом реакторах.

На фиг, 1 приведена двухконтурная схема АЭС, в котором каждый реактор охлаждается своим теплоносителем., Теплоноситель первого контура реактора 1 на быстрых нейтронах (см. фиг. 1), например гелий или углекислота, с температурой на входе 250-300 С и на выходе 350о

450 С с давлением 100-300 ата передает теплов общий парогенератор 2 для подогрева и испарения питательной воды (полного или частичного), Теплоноситель высокотемпературного реактора 3 на тепловых нейтронах, например гелий, с темпео ратурой на входе 350-500 С и на выходе о

650-800 С и давлением 20-70 ата передает тепло .в тот же парогенератор 2 для испарения перегрева и промежуточного перегрева пара. Для каждого реактора имеется отдельный контур с собственной газодувкой 4 и 5.

На фиг, 2 показана стандартная схема паросилового цикла во втором контуре 6, Такая схема позволяет наиболее просто согласовать необходимое соотношение быстрого и теплового реакторов и параметры теплоносителей.

Конструктивно АЭС может иметь корпус высокого давления один для быстрого другой для теплового реактора. Однако целесообразно корпус быстрого реактора, имеющего небольшие размеры, разместить внутри корпуса теплового реактора из пред варительно напряженного железобетона вместе с парогенераторами и трубопровс486593 дами первого контура быстрого и теплового реакторов. При таком размещении корпус теплового реактора будет служить одновременно защитной оболочкой для быстрого реактора. d

На фиг. 2 приведена двухконтурная схема АЭС с общим теппоносителем для быстрого 1 и теплового реактора 3. Эта схема технологически и конструктивно наиболее проста, но в ней трудно обеспе- )O чить наилучшее соотношение мощностей и параметров теплоносителя в каждом реакторе, Например, давление теплоносителя необходимо выбирать компромиссным между технически обоснованным для тепловых ре- LS акторов (30-60 ата) и наиболее подходящим для снятия тепла в быстром реакторе (100-300 ата). Теплоноситель, например гелий или углекислота, с температурой 250о

300 С поступает в реактор 1 на быстрых _#_ о нейтронах, нагревается в нем до 400-450 С, а затем поступает в высокотемпературный реактор 3 на тепловых нейтронах, где он о нагревается до температуры 600-800 С.

Затем этот газ поступает в парогенераторы

2, где отдает тепдо на выработку пара. Прокачка теплоносителя в контуре осуществляется газодувкой 7. Лля лучшего согласования соотношения мощностей быстрого и теплового реакторов и параметров теплоносителя 80 возможно часть тепдоносителя из быстрого реактора направлять непосредственно в испарительную часть парогенератора 2 по линии 8. ф

В этой схеме все оборудование первого контура (газодувки, система очистки теплоносителя и др.) является общим для обоих реакторов. целесообразно иметь и общий корпус из предварительно напряженного железобетона.

На фиг. 3 приведена одноконтурная схема АЭС с различными давпениями в быстром и тепловом реакторах, Для этого между реакторами расположена турбина. Термодина46 мически наиболее эффективна эта схема при использовании конденсационного цикпа, например, с углекислотой в качестве рабочего тела и теплоносителя. Лля углекислоты поЮ вышение давпения в цикле более эффективно с точки зрения повышения к,п.д., чем увепичение температуры подвода тепла.

Ilo этой схеме газ с давлением 150о

400 ата и температурой 200-300 С постуdd пает в быстрый реактор 1, нагревается в нем до 400-500оС и затем направляется в турбину 9, где он расширяется до 100150 ата и затем поступает в тепловой вы6 сокотемпературный реактор 3. В нем газ ь нагревается до 600-800 С и направляется в турбину 10, в которой он расширяется до 65 ата. фадее газ охлаждается в регенераторе 11 конденсируется в конденсаторе 12 и затем насосом 13 закачивается обратно в генератор, где он нагревается до температуры входа в быстрый реактор 1. В случае применения углекислоты более эффективно применение схемы с двухступенчатым сжатием, сначала в газовой, а затем в жидкой фазе.

Такая схема позволяет иметь более низкое давпение в тепловом реакторе (ниже давления насыщения т.е. ниже 60 ата), что технически более обосновано и, в то же время, иметь более подходящее давление для быстрого реактора (выше 150 ата}.

Тепловой реактор во всех рассмотренных вариантах охлаждается высокотемпературным теплоносителем, что позволяет получить современные параметры пара и обеспечить достижение наибольшей энергонапря женности горючего. При этом высокие параметры пара достигаются при малых размерах парогенератора и малом расходе мощности на прокачку в двухконтурной схеме.

В одноконтурной схеме достигается достаточно высокий к.п.д. (40%) . формула изобретения

1, Атомная электростанция с несколькими ядерными реакторами, последовательно передающими тепло рабочему телу турбины в обшей термодинамической схеме, о т л ич а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения энергонапряженности и темпа воспро-изводства горючего, в низкотемпературной части термодинамической схемы использован ядерный реактор на быстрых нейтронах, а для промежуточного нагрева и перегрева рабочего тела в высокотемпературной части термодинамической схемы использован ядерный реактор на тепловых нейтронах.

2. Электростанция по п. 1, о т л и— чаюшаяся тем, чтовкаждомреакторе используется собственный теплоноситель, например гелий в реакторе на тепловых нейтронах и углекислота в реакторе на быстрых нейтронах.

3. Эпектростанция по п. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что между быстрыми и тепловыми реакторами включена турбина, обеспечивающая необходимое соотношение давлений в реакторах.

Составитель A. Исаев

Редактор Н. Коляда Техред A Бо дан Корректор Д. Мельниченко

Заказ 5045/452 Тираж 575 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауп ская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4