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 энергии являются атомные электростанции. 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.
Известно 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.
Наиболее близким техническим решением является техническое решение ядерной парогазовой установки, описанное по патенту на полезную модель РФ №86783
В данном патенте описана ядерная парогазовая установка, содержащая реактор 1, размещенный на центральной оси купола 14, сухой градирни, под которым расположены все элементы ядерной парогазовой установки, имеющей, 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 5 пароперегреватель высокого давления 6, пароперегреватель низкого давления 7, и экономайзер 8, паровую турбину высокого давления 9 и паровую турбину низкого давления 10, газовую турбину 11, с камерой сгорания 12, и компрессором, электрогенераторы 13, аппараты воздушного охлаждения 14, соединенные посредством промежуточного контура 15 с конденсатором 16.
Недостатком данного решения является относительно низкий кпд установки и относительно низкая надежность.
Задача полезной модели состоит в повышении кпд установки и надежности ее работы.
Технический результат заявляемой полезной модели состоит в повышении кпд и надежности ядерной парогазовой установки.
Для достижения указанного технического результата компрессор выполнен из двух частей в виде компрессора низкого давления 20 и компрессора высокого давления 21, между которыми установлен промежуточный холодильник воздуха 18, имеющий два входа и два выхода: один вход соединен с конденсатором 16, выход - с первым входом введенного деаэратора 17, второй вход - с компрессором низкого давления 21, а его выход - с компрессором высокого давления 22, установка снабжена подогревателем газа 19, имеющего два входа и два выхода, первый вход которого соединен с трубопроводом топливного газа, а его выход - с камерой сгорания 12 газовой турбины 11, второй вход соединен с паровой турбиной низкого давления 10, а его выход - с конденсатором 16, деаэратор 17, кроме того имеет второй вход и один выход, второй вход которого соединен с турбиной низкого давления, а его выход с экономайзером 8.
Холодильник 18, может быть выполнен вертикального исполнения кожухотрубного типа, змеевики которого имеют малый радиус гиба и объединены в шестигранные теплообменные модули.
Аппараты воздушного охлаждения могут быть расположены на двух уровнях, с одинаковым расстоянием между аппаратами и с одинаковым шагом смещения на каждом уровне и соединены попарно причем, аппараты с первого уровня и аппараты со второго уровня соединены последовательно.
Подогреватель газа может быть снабжен емкостью, расположенной в нижней части теплообменника, обеспечивающей сбор влаги и жидких примесей, отсепарированных в процессе движения топливного газа внутри змеевиков малого радиуса гиба.
На фиг.1 изображена принципиальная схема одной петли ядерной парогазовой установки
На фиг.2 изображено поперечное сечение ядерной парогазовой установки;
На фиг.3 изображен модуль подогревателя газа или промежуточного холодильника воздуха, вертикального исполнения, змеевики которого имеют малый радиус гиба.
Ядерная парогазовая установка, содержит реактор 1, размещенный на центральной оси купола 14 сухой градирни, под которым расположены все элементы ядерной парогазовой установки, имеющей, 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 5 пароперегреватель высокого давления 6, пароперегреватель низкого давления 7, и экономайзер 8, паровую турбину высокого давления 9 и паровую турбину низкого давления 10, газовую турбину 11, с камерой сгорания 12, и компрессором, электрогенераторы 13, аппараты воздушного охлаждения 14, соединенные посредством промежуточного контура 15 с конденсатором 16. Компрессор выполнен из двух частей в виде компрессора низкого давления 20 и компрессора высокого давления 21, между которыми установлен промежуточный холодильник воздуха 18, имеющий два входа и два выхода: один вход соединен с конденсатором 16, выход - с первым входом деаэратора 17, второй вход - с компрессором низкого давления 21, а его выход - с компрессором высокого давления 22. Установка снабжена подогревателем газа 19, имеющего два входа и два выхода, первый вход которого соединен с трубопроводом топливного газа, а его выход - с камерой сгорания 12 газовой турбины 11, второй вход соединен с паровой турбиной низкого давления 10, а его выход - с конденсатором 16. Деаэратор 17, кроме того имеет второй вход и один выход, второй вход которого соединен с турбиной низкого давления, а его выход с экономайзером 8.
У ядерной парогазовой установки холодильник 18, выполнен вертикального исполнения кожухотрубного типа, змеевики которого имеют малый радиус гиба и объединены в шестигранные теплообменные модули.
У ядерной парогазовой установки подогреватель газа выполнен вертикального исполнения кожухотрубного типа, змеевики которого имеют малый радиус гиба и объединены в шестигранные теплообменные модули.
У ядерной парогазовой установки аппараты воздушного охлаждения расположены на двух уровнях, с одинаковым расстоянием между аппаратами и с одинаковым шагом смещения на каждом уровне и соединены попарно, причем аппарат с первого уровня и аппарат со второго уровня соединены последовательно.
У ядерной парогазовой установки подогреватель газа снабжен емкостью 22, расположенной в нижней части теплообменника, обеспечивающей сбор влаги и жидких примесей, отсепарированных в процессе движения топливного газа внутри змеевиков малого радиуса гиба.
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.
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. 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 как минимум два отбора пара, один из которого поступает в деаэратор, а второй в подогреватель газа. Отработанный пар с последних ступеней турбины низкого давления поступает в конденсатор и охлаждается с помощью промежуточного контура, в котором установлены аппараты воздушного охлаждения. Охлажденная вода из конденсатора, подогреваясь в промежуточном холодильнике воздуха, газом, сжатом в компрессоре низкого давления, поступает в деаэратор, где смешивается с отбором пара из турбины низкого давления. После этого вода, с помощью питательного насоса подается 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.
По газовому тракту атмосферный воздух сжимается в компрессоре низкого давления, после чего поступает в промежуточный холодильник воздуха, где отдает часть тепла питательной воде из конденсатора, затем дополнительно сжимается в компрессоре высокого давления. Подогретая вода второго контура поступает в деаэратор.
Топливный газ, подогреваясь в подогревателе газа отбором с турбины низкого давления, поступает в камеру сгорания и смешивается со сжатым воздухом с компрессора высокого давления. После этого поступает в газовую турбину, которая расположена под паровой турбиной, и которая работает в свою очередь на свой электрогенератор. За счет тепла газовой турбины происходит повышение температуры перегрева пара в пароперегревателях высокого и низкого давления и подогрева воды в экономайзере. Отработанные газы из газовой турбины поступают в газовый тракт, проходят по межтрубному пространству пароперегревателей высокого, низкого давления и экономайзер, после чего поступают в эжектор 23. 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.
Установленный промежуточный холодильник воздуха с теплообменной поверхностью из змеевиков малого радиуса гиба, уменьшает работу, совершаемую компрессором высокого давления и увеличивает его КПД. Отвод тепла после компрессора низкого давления происходит за счет нагрева питательной воды, поступающей с конденсатора паровой турбины. Это позволяет отказаться от регенеративных подогревателей питательной воды и эффективно использовать тепло, полученное в компрессоре низкого давления.
Установленный теплообменник подогрева топливного газа позволяет экономить топливный газ, поступающий в камеру сгорания, за счет тепла от пара с турбины низкого давления. Данный пар уже совершил работу в турбине низкого давления и имеет низкопотенциальное тепло, которое может быть использовано только для подогрева, в частности, топливного газа.
Предложенная форма исполнения теплообменников подогрева газа, позволяет обеспечить надежную и эффективную работу теплообменников подогрева газа. Газ, двигаясь сверху вниз внутри змеевиков малого радиуса гиба, за счет центробежных сил очищается от примесей, которые затем накапливаются в емкости, куда стекает влага и жидкие примеси, которые сепарируются в процессе движения топливного газа внутри змеевиков малого радиуса гиба теплообменника подогрева газа и удаляются периодически.
Аппараты воздушного охлаждения, расположены на двух уровнях, что позволяет более полно и эффективно использовать внутреннее пространство сухой градирни. Охлаждающий воздух, нагреваясь движется снизу вверх в межтрубном пространстве аппаратов воздушного охлаждения расположенных на двух уровнях, с одинаковым расстоянием между аппаратами и с одинаковым шагом смещения на каждом уровне и соединенные попарно, и, получая дополнительную динамическую энергию от выхлопных газов с газовой турбины, позволяют имеет высокий уровень естественной циркуляции. Попарное соединение аппаратов с нижнего и верхнего уровня позволяет увеличить естественную циркуляцию охлаждаемой воды и, соответственно, эффективность работы аппаратов.
Промышленная применимость полезной модели очевидна. Конструкция может быть изготовлена на предприятиях с использованием специализированного оборудования, агрегатов и станков.