Атомная турбовоздушная установка с перебросом части циклового воздуха от компрессора к последним ступеням турбины
NUCLEAR TURBO-AIR INSTALLATION WITH RETURN OF CYCLE AIR PART FROM COMPRESSOR TO THE LAST STAGES OF TURBINE

Изобретение относится к области энергетики, в частности к атомной турбовоздушной установке с перебросом части циклового воздуха от компрессора к последним ступеням турбины.
Известна АЭС, содержащая реактор, испарительные каналы, сепаратор, циркуляционный насос, пароперегревательные каналы, паровую турбину, схему регенерации тепла, конденсатор, циркуляционный насос, конденсатный насос, деаэратор, питательный насос, градирню.
Недостатком известной АЭС является низкий КПД не достигающей и 40% из-за большой потери теплоты парообразования в конденсаторе турбины, которая сбрасывает через градирню в атмосферу, причем АЭС работает с большим расходом электроэнергии на собственные нужды и хим. очищенной воды, при этом энергоблоки АЭС представляют из себя громоздкие сооружения с большим количеством элементов в их конструкции, что удорожает электростанцию, усложняет эксплуатацию, ремонт, снижает степень надежности, причем АЭС работает с большой нагрузкой на экологию за счет огромного количества тепла, сбрасываемого через градирню в атмосферу.
Известна атомная турбовоздушная установка (см. патент US 3936652А, 03.02.1976), содержащая вертикальную опору башенного типа с центральным каналом, а также горизонтальные проходы, каждый из которых содержит турбину и электрогенератор, причем рабочее тело для турбины - воздух нагревается теплоносителем-водой от атомного реактора, причем центральный канал вертикальной опоры башенного типа обеспечивает тягу и расход воздуха через турбину.
Недостатком известной электростанции является необходимость содержать достаточно высокую (не менее 100 м) опору башенного типа с центральным каналом, во-вторых, несмотря на столь высокую опору башенного типа с центральным каналом давление воздуха перед турбиной являет низким, что не позволяет турбине развивать большую мощность, в результате, единичные мощности таких электростанций недостаточно высоки, причем из-за небольших оборотов ротора турбины и электрогенератора установки такого рода являются громоздкими и с большими габаритами, что удорожает стоимость известных электростанций, при этом данная электростанция имеет достаточно высокий КПД и принимается в качестве прототипа.
Задачей изобретения является повышение единичных мощностей и КПД, удешевление строительства, повышение надежности работы, исключение использования для собственных нужд электроэнергии и хим. очищенной воды, снижение нагрузки на экологию.
Указанная выше задача достигается путем ввода в тепловую схему ГТУ обводной магистрали переброса части циклового воздуха от компрессора к последним ступеням турбины.
Рабочий процесс ГТУ с перебросом части циклового воздуха от компрессора к последним ступеням турбины.
Цикловой воздух вскоре после начала процесса сжатия делится на части, одна из которых (большая) сжимается в компрессоре, а другая (меньшая) выводится из компрессора после третьей ступени и поступает через магистраль переброса от компрессора к последним ступеням турбины, причем резко уменьшается потребляемая мощность компрессора и увеличиваются его степень сжатия и КПД, при этом повышается мощность турбины, и, что важно, происходит разворот мощностей между компрессорам и турбиной, причем давление и перепад тепла увеличиваются не за счет сверхвысокой температуры перед турбиной, а за счет снижения потребляемой мощности компрессора и высокой степени сжатия при перебросе части циклового воздуха к последним ступеням турбины, усиленные по мощности, при этом проточная часть турбины увеличивается по длине, что способствует более полному срабатыванию потенциала тепла и увеличению мощности и КПД установки при сниженной нагрузке на экологию, причем турбина работает с умеренными параметрами по температуре на входе и сниженными на выходе, при этом стоимость турбины существенно снижается, так как ее проточная часть строится из обычной низколегированной стали.
Внедрение в промышленность предлагаемой АЭС более удешевленной повышенной надежности, работающей без электроэнергии и хим. очищенной воды на собственные нужды, а также уменьшенной нагрузки на экологию, может вытеснить из эксплуатации дорогие АЭС с высокий нагрузкой на экологию.
На фиг. 1 представлена тепловая схема атомной турбовоздушной установки с перебросом части циклового воздуха от компрессора к последним ступеням турбины, содержащая компрессор 1, магистраль переброса 2, реактор 3, турбину компрессора 4, силовую турбину 5, выхлопную трубу 6, электрогенератор 7.
Расчет эффективности прилагается.
Источник информации
1. П.Н. Шляхин. Паровые и газовые турбины (раздел АЭС), «Энергия» Москва, 1974.
Расчет эффективности АЭС с перебросом части циклового воздуха от компрессора к последним ступеням турбины для тепловых электростанций.
N 300,0 мВт
Расход воздуха через переброс 850 т/ч
Расход воздуха через компрессор 2550 т/ч
Расход воздуха через турбину 3400 т/ч
Степень повышения давления в компрессоре 15; температура воздуха за компрессором 355°С; расход условного топлива в переводе на органическое кВт⋅час 223 г (5890 кДж⋅кВт час); КПД компрессора 85%; КПД турбины 90%; эффективный КПД 55%; средневзвешенная температура окружающего воздуха 15°С - все температуры в °С.
Мощность реактора
300000 кВт*223 Г=66900000 Г=66900 кг*7000 ккл/кг(ут)=468300000 ккл/860=544,6 мВт
Мощность компрессора
2550/3,6(15+355)708*370*085=222,6 мВт
Мощность турбины
3400/3,6(900-250)944,6*650*0,9=552 мВг
Мощность на привод компрессора 252,0 мВг
Мощность силовой турбины
552,0 мВт-252,0 мВт=300,мВт
Эффективный КПД
300,0 мВт/544,4 мВт=55%
Расход условного топлива на кВт/ час
66900000 Г/300000 кВт=223 г.