ЯДЕРНАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к атомной энергетике, теплоэнергетике и энергомашиностроению и может быть применена на атомной электростанции при создании единого ядерного комплекса с паровой турбиной и газотурбинной установкой.
В настоящее время перспективным источником являются атомные электростанции. Однако после аварии на Чернобыльской АЭС доверие к атомной энергетике снизилось, а темпы развития и распространения атомной энергетики уменьшились. Известно значительное число технических решений, связанных с атомными электростанциями, имеющих двухконтурные ядерные энергетические установки с водо-водяным энергетическим реактором с водой под давлением и ядерной паропроизводящей установкой, разделенной на несколько самостоятельных циркуляционных контуров (петель), например, патент РФ №2228488, патент РФ №2205969. Известен патент РФ №1428078 с публикацией от 10.09.1999, в котором описана ядерная энергетическая парогазовая установка, которая содержит реактор, подключенный через парогенератор к паротурбинному контуру с основным и промежуточным пароперегревателями и подогревателями питательной воды высокого и низкого давлений, газовую турбину. Недостатком данных установок является относительно низкий кпд и относительно низкая надежность.
Наиболее близким техническим решением является техническое решение ядерной парогазовой установки, описанное в каталоге газотурбинного оборудования 2003-2004 стр.172 специализированного информационно-аналитического журнала «Газотурбинные технологии», которая включает в себя реактор и, по меньшей мере, две самостоятельных циркуляционных петли, каждая из которых состоит из двух замкнутых контуров, первый из которых включает в себя испаритель с сепаратором, расположенных в страховочном корпусе, а второй контур включает в себя: последовательно расположенные в газовом тракте пароперегреватель высокого давления, пароперегреватель низкого давления, экономайзер, паровую турбину высокого давления с подогревателем высокого давления и паровую турбину низкого давления с подогревателем низкого давления, газовую турбину, конденсатор, электрогенераторы.
Недостатком данного решения является относительно низкий кпд установки и относительно низкая надежность.
Задача полезной модели состоит в повышении кпд установки и надежности работы.
Технический результат заявляемой полезной модели состоит в повышении кпд и надежности ядерной парогазовой установки.
Для достижения указанного технического результата установка снабжена сухой градирней, выполненной из купола и аппаратов воздушного охлаждения, соединенных посредством промежуточного контура с конденсатором, под куполом расположены все элементы ядерной парогазовой установки, при этом реактор размещен на центральной оси купола.
Испаритель может быть выполнен вертикального исполнения, кожухотрубного типа, теплообменная поверхность которого состоит из змеевиков, имеющих малый радиус гиба и объединенных в шестигранные теплообменные модули.
Пароперегреватели высокого и низкого давления и экономайзер могут иметь теплообменную поверхность которая состоит из змеевиков с малым радиусом гиба, объединенные в теплообменные модули плоского типа, вертикального исполнения, которые разделены на прямоугольные однотипные секции.
Аппараты воздушного охлаждения могут иметь теплообменную поверхность, которая состоит из змеевиков с малым радиусом гиба, объединенные в теплообменные модули плоского типа, вертикального исполнения и занимают свободное место между паровыми и газовыми турбинами равномерно.
В верхней части газового тракта может быть размещен эжектор, увеличивающий естественную циркуляцию охлаждающего воздуха, проходящего через аппарат воздушного охлаждения.
Купол градирни может быть снабжен внутренней обшивкой, выполняющей функции дополнительного страховочного барьера предотвращения выбросов радиоактивных веществ.
Испаритель и перегреватель высокого давления могут быть соединены между собой байпасной линией с клапаном, причем открытие клапана осуществляется при аварийном расхолаживании, обеспечивая поступление конденсата в испаритель.
Газовая турбина может быть снабжена резервным источником энергии, например, в виде электродвигателя, обеспечивая циркуляцию охлаждающего воздуха при аварийном расхолаживании.
Подогреватель высокого давления, подогреватель низкого давления, могут быть выполнены вертикального исполнения, кожухотрубного типа, и иметь теплообменную поверхность, которая состоит из змеевиков с малым радиусом гиба и объединенных в шестигранные теплообменные модули.
На фиг.1 изображена принципиальная схема одной петли ядерной парогазовой установки
На фиг.2 изображено поперечное сечение ядерной парогазовой установки;
На фиг.3 изображен вид сверху ядерной парогазовой установки;
На фиг.4 изображен теплообменник прямоугольного типа из плоских теплообменных модулей (аппарат воздушного охлаждения, пароперегреватель высокого давления, пароперегреватель низкого давления, экономайзер)
На фиг.5 изображен теплообменник кожухотрубного типа из шестигранных теплообменых модулей (испаритель)
На фиг.6 изображен теплообменный модуль плоского типа На фиг.7 изображен теплообменный модуль шестигранного типа
Ядерная парогазовая установка, содержит реактор и, по меньшей мере, две самостоятельных циркуляционных петли, каждая из которых состоит из двух замкнутых контуров, первый из которых включает в себя испаритель 2 с сепаратором 3, расположенных в страховочном корпусе 4, а второй контур включает в себя: последовательно расположенные в газовом тракте 6 пароперегреватель высокого давления 7, пароперегреватель низкого давления 8, экономайзер 9, паровую турбину высокого давления 11 с подогревателем высокого давления 12 и паровую турбину низкого давления 13 с подогревателем низкого давления 14, газовую турбину 15, конденсатор 16, электрогенераторы 17.
Установка снабжена сухой градирней, выполненной из купола 18 и аппаратов воздушного охлаждения 19, соединенных посредством промежуточного контура 20 с конденсатором 16, под куполом 18 расположены все элементы ядерной парогазовой установки, при этом реактор 1 размещен на центральной оси купола 18.
Испаритель 2 выполнен вертикального исполнения, кожухотрубного типа, змеевики которого имеют малый радиус гиба и объединены в шестигранные теплообменные модули.
Пароперегреватели высокого и низкого давления и экономайзер имеют змеевики с малым радиусом гиба, объединенные в теплообменные модули плоского типа, вертикального исполнения, которые разделены на прямоугольные однотипные секции.
Аппараты воздушного охлаждения 19 имеют теплообменную поверхность, которая состоит из змеевиков с малым радиусом гиба, объединенные в теплообменные модули плоского типа, вертикального исполнения и занимают свободное место между паровыми и газовыми турбинами равномерно.
В верхней части газового тракта размещен эжектор 21, увеличивающий естественную циркуляцию охлаждающего воздуха, проходящего через аппарат воздушного охлаждения.
Купол градирни снабжен внутренней обшивкой 22, выполняющей функции дополнительного страховочного барьера предотвращения выбросов радиоактивных веществ.
Испаритель и перегреватель высокого давления соединены между собой байпасной линией 23 с клапаном 24, причем открытие клапана осуществляется при аварийном расхолаживании, обеспечивая поступление конденсата в испаритель.
Газовая турбина снабжена резервным источником энергии, например, в виде электродвигателя 25, обеспечивая циркуляцию охлаждающего воздуха при аварийном расхолаживании.
Подогреватель высокого давления 12, подогреватель низкого давления 14, выполнены вертикального исполнения, кожухотрубного типа, змеевики которых имеют малый радиус гиба и объединены в шестигранные теплообменные модули.
Минимальный размер гиба змеевиков выполнен в интервале (1,5-5,0)d, где d - наружный диаметр трубки змеевиков.
Ядерная парогазовая установка работает следующим образом.
Тепло, поручаемое в ядерном реакторе, передается воде, циркулирующей с помощью насоса по замкнутому первому контуру, отдавая тепло в испаритель. Питательная вода второго контура, поступает в испаритель и превращается в насыщенный пар, который осушается в сепараторе, расположенном в верхней части корпуса испарителя. Ядерный реактор, испаритель и циркуляционный насос расположены в прочном страховочном корпусе.
Насыщенный пар из испарителя поступает в пароперегреватель высокого давления, расположенный в газовом тракте. В пароперегревателе высокого давления насыщенный пар, двигаясь внутри змеевиков сверху вниз, противотоком к продуктам сгорания, превращается в перегретый пар и поступает в турбину высокого давления. В турбине происходит преобразование энергии. На последних ступенях турбины высокого давления происходит отбор пара в подогреватель высокого давления. Пар, выходящий из турбины высокого давления, подается в пароперегреватель низкого давления и, двигаясь внутри змеевиков сверху вниз, противотоком к продуктам сгорания, перегревается и поступает в турбину низкого давления. С турбины низкого давления происходит минимально два отбора пара, который поступает в подогреватель низкого давления. Отработанный пар с последних ступеней турбины низкого давления поступает в конденсатор и охлаждается с помощью промежуточного контура, в котором установлены аппараты воздушного охлаждения, выполненные в виде сухой градирни, имеющей купол. Охлажденная вода из конденсатора, подогреваясь в подогревателях низкого и высокого давления, паром, отобранным в турбинах низкого и высокого давления, поступает в экономайзер. В экономайзере вода, двигаясь сверху вниз внутри змеевиков противотоком к продуктам сгорания, подогревается и поступает в испаритель. Таким образом, замыкается второй контур. Турбины высокого и низкого давления, установленные соосно, работают на электрогенератор. Повышения температуры перегрева пара происходит за счет тепла газовой турбины, которая расположена под паровой турбиной, которая в свою очередь работает на свой электрогенератор. Отработанные газы из газовой турбины поступают в газовый тракт и поступают в эжектор. Эжектор служит для передачи кинетической и тепловой энергии продуктов сгорания к охлаждающему аппарат воздушного охлаждения воздуху, и увеличивают естественную циркуляцию внутри купола. Это способствует развитию естественной циркуляции при охлаждении аппаратов воздушного охлаждения и помогает снизить мощность электродвигателей.
При возникновении аварийной ситуации в первом контуре и обеспечения его расхолаживания для отвода тепла используется пароперегреватель высокого давления или экономайзер, расположенные в газовом тракте. Пар, полученный в испарителе, подается в пароперегреватель высокого давления или экономайзер, где конденсируется и отводится по байпасной линии, соединяющей в испаритель. При этом клапан, расположенный на байпасной линии открыт, а конденсат поступает в испаритель за счет разницы высот и естественной циркуляции внутри этого замкнутого контура. При этом, камера сгорания газовой турбины отключена, а ротор газовой турбины вращается на холостом ходу. Воздух после турбины подается в газовый тракт и обеспечивает теплосъем от пара в аварийных режимах. Циркуляция охлаждающего воздуха по газовому тракту обеспечивается естественной циркуляцией. Для обеспечения гарантированного вращения ротора газовой турбины на нем установлен резервный источник энергии, например, в виде электродвигателя. Это значительно повышает надежность работы ядерной парогазовой установки.
Данная конструкция позволяет повысить кпд установки, и в первую очередь паровой турбины, за счет увеличения температуры перегрева пара с помощью утилизации тепла выхлопных газов газовой турбины. Применение аппаратов воздушного охлаждения, выполненных в виде сухой градирни, позволяет отказаться от разомкнутых систем водного охлаждения, например, прудов-охладителей, от сброса тепла в реки или моря, тем самым улучшая экологическую обстановку. При строительстве ядерной установки, используя предлагаемую конструкцию, нет необходимости привязываться к источникам охлаждения конденсатора. В данной конструкции работа ядерного реактора независимо с газовой турбиной вводит дополнительный независимый источник электроэнергии, что повышает надежность работы всей установки. Использование тепловой энергии ядерного реактора только для испарения воды ставит ядерный реактор в более стабильные условия работы, повышая его надежность.