ПАРОТУРБИННАЯ АЭС С МОДУЛЯЦИЕЙ ПО МОЩНОСТИ
STEAM-TURBINE NUCLEAR POWER PLANT WITH POWER MODULATION

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к атомной энергетике, и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электростанций (АЭС) двухконтурного типа с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР), в частности изобретение может быть применено на серийных и проектируемых отечественных энергоблоках АЭС с целью получения на них дополнительной мощности, повышения коэффициента использования установленной мощности (КИУМ), а также участия АЭС в регулировании графиков нагрузки выше номинальной с частичным замещением нового строительства.
Изобретение представляется актуальным в свете энергетической стратегии Российской Федерации, так как направлено, во-первых, на дальнейшее повышение эффективности и безопасности АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 и, во-вторых, направлено на решение проблемы достаточной маневренности для обеспечения регулировочного диапазона и приемистости энергоблоков в энергосистемах с высокой долей АЭС.
Известна парогазовая установка (А.с. №1060798 (СССР) Парогазовая установка. / В.А. Хрусталев, О.И. Демидов, М.С. Доронин и др. - Опубл. в БИ №46, 1983 г.) с парогазовым промежуточным пароперегревателем, подключенным к тракту отработавших газов газовой турбины, при этом установка снабжена дополнительным теплообменником, включенным по нагреваемой стороне между линией отвода воды и паропроводом перед цилиндром низкого давления, по греющей - подключенным к тракту отработавших газов газовой турбины, а парогазовый промежуточный пароперегреватель подключен к паропроводу между цилиндрами высокого и низкого давления параллельно паро-паровому пароперегревателю.
К недостаткам такой установки следует отнести необходимость соотношения рядом с турбоустановкой АЭС газовой турбины с основным и вспомогательным оборудованием, обеспечение подвода газа к камере сгорания ГТУ, относительно невысокий обеспечиваемый разгрузочный диапазон. Собственно в ПТУ АЭС из-за глубокой разгрузки газотурбинной установки (ГТУ) при полной ее остановке в часы провала графика электрической нагрузки включение парогазового промежуточного пароперегревателя неэффективно или невозможно вовсе.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является принципиальная тепловая схема турбоустановки (Трухний А.Д., Булкин А.Е. Паротурбинная установка энергоблоков Балаковской АЭС: Учебное пособие в двух частях. - М.: Издательство МЭИ, 2004, с 68-69). Пар четырех парогенераторов реакторной установки ВВЭР-1000 соответственно по четырем паропроводам подводится к четырем стопорно-регулирующим клапанам, а из них - в середину двухпоточного симметричного цилиндра высокого давления (ЦВД). После расширения в ЦВД пар по четырем паропроводам направляется в сепаратор-пароперегреватель (СПП) для осушки и промежуточного перегрева. Осушенный пар направляется в два последовательно расположенных пароперегревателя, в которых он перегревается. Питание первой ступени пароперегревателя осуществляется влажным паром, отбираемым из ЦВД после третьей ступени. Питание второй ступени осуществляется свежим паром. Перегрев основного пара производится теплотой конденсации греющего пара, а образовавшийся конденсат направляется в подогреватели высокого давления (ПВД) для передачи его теплоты питательной воде. Выйдя из СПП, пар поступает в две ресиверные трубы, расположенные по бокам турбины, а из них - в двухпоточные цилиндр низкого давления (ЦНД). Из ЦНД пар поступает в свой конденсатор.
Недостатком прототипа является то, что представленная установка обладает недостаточно высокой маневренностью, приемистостью и КПД, что снижает ее системную и тепловую эффективность.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности за счет улучшения маневренности установки и увеличения дополнительной мощности турбины.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение дополнительной мощности и маневренности за счет выработки дополнительного пара в уже имеющейся пускорезервной котельной (ПРК) и подачи его в турбопривод питательного насоса в часы покрытия пиков графика электрической нагрузки.
Поставленная задача достигается тем, что паротурбинная АЭС, содержащая парогенератор реакторной установки, соединенный паропроводом со стопорно-регулирующим клапаном с турбиной, состоящей из цилиндров высокого и низкого давления, установленных на одном валу с электрогенератором, цилиндры соединены между собой паропроводом, причем по ходу пара установлены сепаратор и двухступенчатый паро-паровой перегреватель, выход цилиндра низкого давления соединен паропроводом с основным конденсатором, который, в свою очередь, соединен с деаэратором трубопроводом основного конденсата, причем по ходу конденсата расположены конденсатный насос и группа подогревателей низкого давления, деаэратор соединен с парогенератором реакторной установки трубопроводом питательной воды, на котором расположены питательный насос и группы подогревателей высокого давления, группа подогревателей высокого давления соединена с цилиндром высокого давления паропроводами отборов пара и трубопроводами дренажа двухступенчатого паро-парового перегревателя, дренаж группы подогревателей высокого давления отводится каскадным сливом по трубопроводам дренажей подогревателей высокого давления в деаэратор, который, в свою очередь, соединен с цилиндром высокого давления паропроводом отбора пара и с сепаратором - трубопроводом дренажа сепаратора, группа подогревателей низкого давления соединена с цилиндром низкого давления паропроводами отборов пара, дренаж группы подогревателей низкого давления отводится по трубопроводам дренажей низкого давления, турбопривод питательного насоса соединен с паропроводом двухступенчатого паро-парового перегревателя и паропроводом - с собственным конденсатором, который, в свою очередь, соединен с основным конденсатором турбины трубопроводом конденсата, по ходу которого установлен конденсатный насос турбопривода питательного насоса, согласно изобретению содержит пускорезервную котельную, которая соединена с турбоприводом питательного насоса при помощи паропровода с задвижкой пара из пускорезервной котельной, после насоса конденсата турбопривода питательного насоса установлена задвижка-делитель, которая соединена трубопроводом с пускорезервной котельной, а также трубопроводом - с основным конденсатором, на паропроводе после двухступенчатого паро-парового перегревателя установлена задвижка подачи пара на турбопривод питательного насоса, пускорезервная котельная соединена с трубопроводом газа из магистрального газопровода и с трубопроводом конденсата из бака запаса конденсата, на котором установлена задвижка подачи конденсата на пускорезервную котельную.
Схема предложенной паротурбинной установки с использованием пускорезервной котельной как источника стороннего пара для турбопривода питательного насоса представлена на фиг. 1.
Позициями на чертеже обозначены: 1 - парогенератор, 2 - стопорно-регулирующий клапан цилиндра высокого давления, 3 - двухпоточный цилиндр высокого давления (ЦВД), 4 - сепаратор, 5 - пароперегреватель I ступени, 6 - пароперегреватель II ступени, 7 - дроссельно-отсечной клапан цилиндров низкого давления, 8 - двухпоточный цилиндр низкого давления (ЦНД), 9 - электрический генератор (ЭГ), 10 - основной конденсатор, 11 - конденсатный насос (КН), 12, 52, 53, 54 - группа подогревателей низкого давления (ПНД), 13 - деаэратор, 14, 51 - группа подогревателей высокого давления (ПВД), 15 - турбопривод питательного насоса (ТПН), 16 - конденсатор ТПН, 17 - насос конденсата ТПН, 18 - питательный насос (ПН), 19 - пускорезервная котельная (ПРК), 20 - группа дренажных насосов, 21 - задвижка пара на ТПН, 22 - паропровод свежего пара между парогенератором и стопорно-регулирующим клапаном ЦВД, 23 - паропровод свежего пара между стопорно-регулирующим клапаном ЦВД и пароперегреватель II ступени, 24 - паропровод пара между ПРК и задвижкой пара на ТПН, 25 - задвижка пара ПРК, 26 - паропровод между ТПН и конденсатором ТПН, 27 - задвижка-делитель конденсата, 28, 29, 30, 31 - группа паропроводов отборов пара из ЦВД, 32 - паропровод пара между ЦВД и ЦНД, 33 - трубопровод дренажа между сепаратором и деаэратором, 34 - трубопровод дренажа между пароперегревателем I ступени и ПВД, 35 - трубопровод дренажа между пароперегревателем II ступени и ЦНД, 36 - группа трубопроводов дренажа из ПВД, 37 - трубопровод питательной воды между деаэратором и парогенератором, 38 - трубопровод основного конденсата между конденсатором и деаэратором, 39, 40, 41, 42 - группа паропроводов отборов пара из ЦНД, 43 - трубопровод газа из магистрального газопровода, 44 - группа трубопроводов дренажа из ПНД, 45 - паропровод пара между ЦНД и конденсатором, 46 - трубопровод конденсата на ПРК, 47 - паропровод пара на ТПН, 49 - задвижка подачи конденсата, 50 - трубопровод конденсата из бака запаса конденсата, 55 - трубопровод конденсата после конденсатора ТПН, 56 - трубопровод конденсатор на основной конденсатор.
Паротурбинная АЭС содержит: парогенератор (1), соединенный паропроводом (22) со стопорно-регулирующим клапаном (2) с турбиной, состоящей из цилиндров высокого (ЦВД) (3) и низкого давления (ЦНД) (8), установленных на одном валу с электрогенератором (9). ЦВД и ЦНД соединены между собой паропроводом (32), причем по ходу пара установлены сепаратор (4) и двухступенчатый паро-паровой перегреватель (5, 6). Выход ЦНД (8) соединен паропроводом (45) с основным конденсатором (10), который, в свою очередь, соединен с деаэратором (13) трубопроводом (38) основного конденсата. По ходу конденсата по трубопроводу (38) основного конденсата расположены конденсатный насос (11) и группа подогревателей низкого давления (ПНД) (12, 52, 53, 54). Деаэратор (13) соединен с парогенератором реакторной установки трубопроводом (37) питательной воды, на котором расположены питательный насос (18), находящийся на одном валу со своим турбоприводом (ТПН) (15), и группа ПВД (14, 51). Группа ПВД (14, 51) соединена с ЦВД (3) паропроводами (28, 29) отборов пара и трубопроводами (34, 35) дренажа с двухступенчатого паро-парового перегревателя (5, 6). Группа ПВД (14, 51) соединена с трубопроводами дренажей (36) ПВД (14, 51). ПВД (51) соединен с помощью трубопровода дренажа (36) с деаэратором (13), который, в свою очередь, соединен с ЦВД (3) паропроводом (30) отбора пара и с сепаратором (4) - трубопроводом (33) дренажа сепаратора. Группа ПНД (12, 52, 53, 54) соединена с ЦНД (8) паропроводами (39, 40, 41, 42) отборов пара. Группа ПНД (12, 52, 53, 54) соединена с группой трубопроводов (44) дренажей ПНД. ТПН (15) соединен паропроводом (47) двухступенчатого паро-парового перегревателя (5, 6) и паропроводом (26) - с собственным конденсатором (16), конденсатор ТПН (16), в свою очередь, соединен с основным конденсатором (10) турбины трубопроводом конденсата (55), по ходу которого установлен конденсатный насос ТПН (17). На паропроводе (32) установлена задвижка (21) на паропроводе (47) после двухступенчатого паро-парового перегревателя (5, 6). Пускорезервная котельная (ПРК) (19) соединена паропроводом (24) с ТПН (15), где на паропроводе дополнительно установлена задвижка пара (25) из ПРК, трубопроводом газа из магистрального газопровода (43) и с трубопроводом конденсата из бака запаса конденсата (50), на котором установлена задвижка подачи конденсата (49). Трубопровод конденсата (55) соединен с задвижкой-делителем (27), которая соединена трубопроводом конденсата (46) с ПРК, а также трубопроводом конденсата (56) - с основным конденсатором.
Пар из парогенератора (1) по паропроводу (22) подводят к стопорно-регулирующему клапану (2), а от него направляют в середину двухпоточного симметричного ЦВД (3) и часть пара по паропроводу (23) - на пароперегреватель II ступени (6). После расширения в ЦВД (3) пар по паропроводу (32) направляют в сепаратор (4) для осушки, дренаж которого по трубопроводу (33) направляют в деаэратор (13) и группу пароперегревателей (5, 6) промежуточного перегрева. Питание пароперегревателя I ступени (5) осуществляется влажным паром паропроводом (31) из ЦВД (3), а дренаж сливают по трубопроводу (34) в ПВД (51). Дренаж пароперегревателя II ступени направляют по трубопроводу (35) в ПВД (14). После осушки и промперегрева пар поступает в дроссельно-отсечной клапан ЦНД (7) и далее в двухпоточный симметричный ЦНД (8). После расширения в ЦНД (8) пар по паропроводу (45) направляют в конденсатор (10). Конденсат из конденсатора (10) по трубопроводу основного конденсата (38), где по ходу расположены конденсатный насос (11) и группа ПНД (12, 52, 53, 54), поступает в деаэратор (13). Далее питательная вода из деаэратора (13) по трубопроводу питательной воды (37), где по ходу питательной воды расположены питательный насос (18), находящийся на одном валу со своим ТПН (15), и группа ПВД (51, 14), направляют в парогенератор (1). Дренаж группы ПВД (14, 51) каскадным сливом направляют по трубопроводам (36) в деаэратор (13). Отборы пара осуществляются по паропроводам (28, 29) на группу ПВД (14, 51), по паропроводу (30) на деаэратор (13) и паропроводам (39, 40, 41, 42) групп ПНД (12, 52, 53, 54). Дренаж из ПНД (12) по трубопроводу (44) сливают в ПНД (52), затем дренаж из ПНД (52) по трубопроводу (44), на котором расположен дренажный насос (20), направляют в трубопровод основного конденсата (38) между ними. Аналогично движение дренажа осуществляют для группы ПНД (53, 54).
Предлагаемая паротурбинная установка может работать в 2 режимах работы: базовом и в пиковые часы нагрузки.
Базовый режим: ТПН (15) питают перегретым паром по паропроводу (47), отбираемым из паропровода (32) после пароперегревателя II ступени (6), подача пара осуществляется с помощью задвижки пара (21) на ТПН. После расширения в ТПН (15) пар по паропроводу (26) направляют в конденсатор ТПН (16). Далее конденсат из конденсатора ТПН (16) по трубопроводу (55), по ходу которого установлены насос конденсата ТПН (17) и задвижка-делитель конденсата (27), с помощью задвижки-делителя конденсата (27) направляют в основной конденсатор (10) по трубопроводу конденсата (56).
Режим в пиковые часы нагрузки: перекрывают задвижку пара (21) и осуществляют питание ТПН (15) перегретым паром из ПРК (19) по паропроводу (24), открыв задвижку пара (25). После расширения в ТПН (15) пар по паропроводу (26) направляют в конденсатор ТПН (16). Далее конденсат из конденсатора ТПН (16) направляют по трубопроводу (55), по ходу которого установлены насос конденсата ТПН (17) и задвижка-делитель конденсата (27). Направляют конденсат с помощью задвижки-делителя конденсата (27) по трубопроводу конденсата (46) в ПРК (19). Топливо в ПРК (19) подают по трубопроводу газа из магистрального газопровода (43), а нужный для выработки пара конденсат подают с помощью задвижки подачи конденсата (49) по трубопроводу конденсата (50) из бака запаса конденсата.
Таким образом, предлагаемая схема работа установки позволяет:
1. Обеспечить выработку пиковой мощности при высокой экономичности работы турбоустановок АЭС за счет дополнительной генерации пара в пускорезервной котельной (ПРК) и направления его на приводную турбину питательного насоса.
2. Снизить затраты на выработку пиковой мощности, используя готовое оборудование ПРК и не проводя его плановую консервацию, и, восстановив подачу газа, получать дополнительную мощность.