Способ работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках
METHOD FOR OPERATION OF THE NPP POWER UNIT WITH A WATER-COOLED POWER REACTOR AT REDUCED LOADS

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к способу работы энергоблока атомной электростанции (АЭС) с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках, и может быть использовано при эксплуатации энергоблоков АЭС с водо-водяным энергетическим реактором ВВЭР-1000.
Известен способ работы энергоблока тепловой электростанции на пониженных нагрузках, содержащего парогенератор, многоцилиндровую паровую турбину и турбопривод питательного насоса, заключающийся в разгружении парогенератора и паровой турбины путем снижения расхода питательной воды и пара на входе в паровую турбину при частично открытом дроссельном клапане или регулирующих клапанов, постоянном давлении питательной воды за питательным насосом и на входе в парогенератор и сниженным давлением пара на входе в паровую турбину (Аракелян Э.К, Ильин Е.Т., Рогалев Н.Д. «Режимы работы и эксплуатация ТЭС», М., Издательство МЭИ, 2021. Стр.140-148).
Недостатком известного технического решения является снижение давления и температуры пара на входе в паровую турбину при дросселировании давления пара в частично открытых дроссельных или регулирующих клапанах, что приводит к снижению экономичности работы паровой турбины и энергоблока в целом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ работы энергоблока на пониженных нагрузках, заключающийся в переводе энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды и давления пара на входе в паровую турбину при полностью открытых регулирующих клапанах и постоянной температуре пара на входе в паровую турбину, использовании в составе энергоблока главного питательного насоса и оборудования в тракте паровой турбины, (Цыпин Александр Владимирович «Выбор оптимальных параметров и автоматизация режима скользящего давления мощных энергоблоков». Автореферат дисс.конд. техн. наук,, М.: МЭИ, 2005, 20 с.).
Особенностью известного технического решения является перевод энергоблока на скользящее давление путем полного открытия регулирующих клапанов паровой турбины для снижения давления питательной воды, а также давления пара на входе в паровую турбину на уровне, пропорционально изменению расхода пара на турбину при постоянной температуре пара на входе в паровую турбину. К недостаткам известного способа следует отнести нарушение функционирования автоматической системы регулирования частоты вращения паровой турбины при полностью открытых регулирующих клапанах.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности и улучшение маневренных качеств энергоблоков АЭС с водо-водяным энергетическим реактором при пониженных нагрузках.
Технический результат изобретения заключается в улучшении эксплуатационных и экологических показателей энергоблоков с водо-водяным энергетическим реактором мощностью 440-1000 МВт при одновременном повышении надежности работы проточной части турбины энергоблока АЭС.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе работы энергоблока на пониженных нагрузках в качестве энергоблока используют энергоблок АЭС с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий первый и второй контуры энергоблока, переводят второй контур энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды на входе в парогенератор и давления пара на входе в паровую турбину, используют в составе энергоблока водо-водяной энергетический реактор, парогенератор и главный циркуляционный насос в тракте первого контура, и оборудование в тракте второго контура, включающего питательный насос, по крайней мере, один пароперегреватель, сепаратор и многоцилиндровую паровую турбину, при переводе второго контура энергоблока на скользящее давление параллельно парогенератору устанавливают дополнительный паро-водяной теплообменник, через который направляют часть циркуляционной воды первого контура, обеспечивая перегрев свежего пара на выходе из парогенератора с использованием тепловой мощности реактора, освободившейся при его разгрузке при постоянной температуре циркуляционной воды на выходе из реактора, после чего смешивают уходящие потоки охлажденной воды из дополнительного паро-водяного теплообменника и циркуляционной воды на выходе из парогенератора в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса.
Кроме того, через дополнительный паро-водяной теплообменник можно направлять 3-12% от общего расхода циркуляционной воды первого контура.
Кроме того, свежий пар на выходе из парогенератора можно перегревать до температуры циркуляционной воды первого контура.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана блок-схема энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором.
Блок-схема энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором содержит в тракте первого контура энергетический реактор 1, парогенератор 2, сепаратор 3, главный циркуляционный насос 4 и пароводяной теплообменник 5, установленный параллельно парогенератору 2 с возможностью направления части циркуляционной воды первого контура в теплообменник 5 через регулирующий клапан 6 и дроссель клапан 7. В состав второго контура энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором по ходу теплоносителя входят питательный насос 8 с турбинным приводом 9, теплообменные элементы парогенератора 2, сепаратора 3 и паро-водяного теплообменника 5, дроссель клапан 10 и дополнительная паровая задвижка 11, пароперегреватель 12 и сепаратор 13, многоцилиндровая паровая турбина 14, нагруженная на электрогенератор 15. Конденсатор, дополнительные регулируемые клапаны и задвижки, средства контроля параметров рабочей среды и блок управления энергоблоком не показаны.
Способ работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках осуществляют следующим образом.
В соответствии с изобретательским замыслом в предложенном способе работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором 1 на пониженных нагрузках достижение технического результата обеспечивается переводом второго контура энергоблока на скользящее давление путем снижения давления питательной воды на входе в парогенератор 2 и давления пара на входе в ЦВД паровой турбины 14. Особенность предложенного способа работы энергоблока АЭС заключается в том, что предварительно повышают температуру пара за парогенератором 2 с использованием тепловой мощности реактора 1, освободившейся при его разгрузке, путем направления части циркуляционной воды первого контура, через установленный параллельно парогенератору 2 дополнительный пароводяной теплообменник 5. Указанный теплообменник обеспечивает перегрев свежего пара на выходе из сепаратора 3 парогенератора 2 с использованием тепловой мощности реактора 1, после чего смешивают уходящие потоки охлажденной воды из дополнительного паро-водяного теплообменника 5 и циркуляционной воды на выходе из парогенератора 2 в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса 4. При работе энергоблока на заданной частичной нагрузке реактора 1 главный циркуляционный насос 4 перекачивает соответствующий расход циркуляционный воды первого контура через парогенератор 2, а охлажденная циркуляционная вода возвращается в обратно в реактор 1. Часть циркуляционной воды при открытых регулирующем клапане 6 и дроссель клапане 7 подается через паро-водяной теплообменник 5 в линию обратной циркуляционной воды после парогенератора 2, при этом с помощью дроссель клапана 7 создается соответствующее давление сбрасываемой воды. Питательная вода второго контура энергоблока подается питательным насосом 8 в парогенератор 2, где нагревается до температуры насыщения. Образовавшийся насыщенный пар с температурой насыщения проходит через сепаратор 3, поступает в дополнительный пароводяной теплообменник 5, перегревается и через полностью открытый дроссель клапан 10 поступает в паровую турбину 14, а небольшая часть пара при открытом клапане 11 поступает в промежуточный пароперегреватель 12, куда поступает и отработавший в цилиндре высокого давления пар через сепаратор 13. Отработавший в паровой турбине пар сбрасывается в конденсатор, где конденсируется, конденсат через регенеративные подогреватели (не показаны) и питательный насос 8 возвращается в парогенератор 2, замыкая тепловой цикл энергоблока.
В соответствии с предложенным способом работы энергоблока АЭС на пониженных нагрузках перевод второго контура энергоблока на скользящее давление осуществляют с использованием дополнительного паро-водяного теплообменника, установленного параллельно парогенератору. Через паро-водяной теплообменник, выполняющий функцию дополнительного пароперегревателя, направляют часть циркуляционной воды первого контура, составляющую 3-12% от его общего расхода. Указанное численное значение части циркуляционной воды определено в результате проведенных авторами теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающих необходимое значение перегрева свежего пара на выходе из парогенератора с использованием тепловой мощности реактора, освободившейся при его разгрузке. Предыдущие операции по реализации способа и последующие операции смешивания уходящих потоков охлажденной воды из дополнительного паро-водяного теплообменника и циркуляционной воды на выходе из парогенератора в тракте первого контура энергоблока до главного циркуляционного насоса обеспечивают достижение указанного технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных и экологических показателей энергоблоков с водо-водяным энергетическим реактором мощностью 440-1000 МВт при одновременном повышении надежности работы проточной части турбины энергоблока АЭС. Наличие дополнительного паро-водяного теплообменника, установленного параллельно парогенератору, дает возможность регулирования температуры острого пара за теплообменником и на входе в паровую турбину путем изменения указанной части расхода части циркуляционной воды первого контура реактора. Это, в свою очередь, обеспечивает возможность надежного регулирования частоты вращения паровой турбины при ее работе на скользящем давлении при наличии внутренних и внешних возмущений, связанных с изменением ее частоты вращения.
Согласно расчетам, проведенным в исследовательском центре МЭИ, при работе энергоблока АЭС в условиях пониженных нагрузок расход циркуляционной воды первого контура, направленной через установленный дополнительный паро-водяной теплообменник, не может быть снижен менее 3% от общего расхода циркуляционной воды первого контура и не должен превышать 12% ее общего расхода из-за ограничений, связанных с обеспечением надежности функционирования водо-водяного энергетического реактора на указанные параметры энергоблока АЭС.
В свою очередь, перегрев свежего пара на выходе из парогенератора до температуры циркуляционной воды первого контура, согласно расчетам, целесообразно выполнять в диапазоне температур, который обеспечивает достижение технического результата в переходных режимах работы энергоблока АЭС с нестационарными нагрузками и частичной мощностью в диапазоне 0,7-1,0 от номинальной. К основным составляющим экономического эффекта и технического результата энергоблоков АЭС с водо-водяным энергетическим реактором при работе на пониженных нагрузках можно отнести: повышение КПД проточной части паровой турбины за счет снижения влажности пара по всей проточной части; относительное увеличение выработки мощности энергоблока; уменьшение мощности привода питательного насоса; повышение надежности работы последних ступеней паровой турбины и повышение эксплуатационной надежности толстостенных элементов основного и вспомогательного оборудования энергоблока АЭС.
Использование предложенного способа работы энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором на пониженных нагрузках позволяет улучшить эксплуатационные и экологические показатели энергоблоков с водо-водяным энергетическим реактором мощностью 440-1000 МВт при одновременном повышении надежности работы проточной части турбины энергоблока АЭС.