ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА НА БАЗЕ ВЛАЖНО-ПАРОВОЙ АЭС
STEAM-GAS PLANT BASED ON MOIST STEAM NUCLEAR POWER PLANT

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в атомной энергетике, преимущественно на влажно-паровых атомных электрических станциях с турбинами, работающими на насыщенном паре.
Известна парогазовая установка, содержащая подключенную к парогенератору паровую турбину насыщенного пара с включенными в линию острого пара основным пароперегревателем, подключенным по греющей среде к трубопроводу выхлопных газов турбины, промежуточным пароперегревателем и регенеративными теплообменниками. Установка снабжена промежуточным пароперегревателем, подсоединенным к трубопроводу выхлопных газов газовой турбины после основного пароперегревателя, который снабжен байпасными трубопроводами с запорной арматурой, один из которых включен в линию острого пара, а второй - в трубопровод выхлопных газов (см. авт. свид. СССР на изобретение №941641, МПК F01К 23/06, опубл. 07.07.1982 г.). Парогазовая установка позволяет широко маневрировать электрической мощностью как в паровой, так и в газовой ее части и обеспечивать возможность получения дополнительной мощности от турбины, работающей на насыщенном паре. Это осуществляется за счет того, что теплота от выхлопных газов газовой турбины подводится к острому насыщенному пару паровой турбины, повышая его температуру и тем самым увеличивая располагаемый теплоперепад цилиндра высокого давления паровой турбины. После этого выхлопные газы газовой турбины в промежуточном пароперегревателе дополнительно перегревают пар, паротурбинной
установки, тем самым увеличивая располагаемый теплоперепад цилиндра низкого давления паровой турбины. Также возможно вытеснение отборов паровой турбины теплом выхлопных газов газовой турбины. Наличие байпасных трубопроводов с запорной арматурой обеспечивает работу установки с частичным пропуском выхлопных газов газовой турбины через основной пароперегреватель или с полным его отключением. Кроме того, в установке допускается независимая работа паровой турбины и газовой турбины, при которой выхлопные газы газовой турбины, минуя основной пароперегреватель, сбрасывают в атмосферу.
Недостатком известной парогазовой установки является необходимость прокачки большого объема острого насыщенного пара через основной пароперегреватель, а размещение газовой турбины в одном здании с паровой турбиной затруднительно, поэтому большая протяженность трубопроводов острого насыщенного пара приведет к большим гидравлическим и тепловым потерям. Опасным следствием этого, с точки зрения регулирования нагрузки паровой турбины, является то, что в паропроводах находится существенный объем свежего перегреваемого пара, что, во-первых,  приведет к инерционности регулирования процесса перегрева, а, во-вторых,  к разгону турбины этим объемом пара в случае аварийного останова и резкого снижения нагрузки на электрогенераторе. Промежуточный перегрев пара выхлопными газами газовой турбины также сопряжен с серьезными трудностями. Во-первых, для его осуществления необходима прокладка трубопроводов для подачи выхлопных газов к промежуточному пароперегревателю и регенеративным теплообменникам, что сопряжено с существенными гидравлическими потерями в тракте выхлопных газов. Во-вторых, газопаровое теплообменное оборудование отличается большими габаритными размерами и размещение его вблизи паровой турбины затруднительно, что также потребует увеличения общей протяженности газового тракта.
Наиболее близким аналогом является парогазовая установка (см. авт. св. на изобретение SU №1060798, МПК F01K 23/10, опубл. 15.12.1983), содержащая паровую турбину с цилиндрами высокого и низкого давления, соединенными между собой паропроводом с включенным в него сепаратором, имеющим линию отвода воды, и промежуточным пароперегревателем, и парогазовый промежуточный пароперегреватель, подключенный к тракту отработавших газов газовой турбины. Установка снабжена теплообменником, включенным по нагреваемой стороне между линией отвода воды и промежуточным паропроводом перед цилиндром низкого давления, по греющей - к тракту отработавших газов газовой турбины, а парогазовый промежуточный пароперегреватель подключен к паропроводу между цилиндрами высокого и низкого давления параллельно паро-паровому пароперегревателю.
Парогазовая установка позволяет обеспечить выработку пиковой мощности при высокой экономичности работы, обусловленной глубокой утилизацией тепла отработавших газов газовой турбины. Это достигается за счет того, что в пиковом режиме включают в работу газовую турбину и промежуточный перегрев пара паровой турбины осуществляют в газопаровом пароперегревателе за счет утилизации тепла выхлопных газов, а отбор острого пара в паро-паровой пароперегреватель отключают, тем самым увеличивая расход пара через цилиндр высокого давления. Также при включенном парогазовом пароперегревателе воду из сепаратора направляют в газопаровой пароперегреватель, где происходит ее испарение и перегрев. Полученный перегретый пар смешивают с основным потоком пара после газопарового пароперегревателя и подают в цилиндр низкого давления паровой турбины. В результате увеличения расхода пара в обоих цилиндрах вырабатывается дополнительная пиковая мощность.
Недостатком известной парогазовой установки является большие гидравлические и тепловые потери, вызванные необходимостью прокачки большого объема отсепарированного пара через газопаровой пароперегреватель. Большая протяженность паропроводов и газопроводов, являющаяся следствием необходимости размещения газовой турбины и газопарового пароперегревателя в отдельном здании, также приводит к дополнительным гидравлическим и тепловым потерям в газовом и паровом трактах. Большой объем пара, находящийся в паропроводах, приводит к увеличению инерционности процесса регулирования нагрузки паровой турбины и разгону паровой турбины при ее аварийном останове и резком снижении нагрузки на электрогенераторе.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение надежного повышения мощности и экономичности влажно-паровой АЭС.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является устранение значительных гидравлических и тепловых потерь парового и газового трактов, а также инерционности регулирования нагрузки паровой турбины и недопущение нерегулируемого разгона в случае ее аварийного останова и резкого снижения нагрузки на электрогенераторе.
Указанный технический результат достигается тем, что в парогазовую установку, содержащую паровую турбину с цилиндрами высокого и низкого давления, соединенными между собой паропроводом с включенным в него сепаратором и промежуточным пароперегревателем, имеющим трубопроводы конденсата греющего пара, газовую турбину с утилизационным парогенератором, подключенным по греющей стороне к тракту отработавших газов газовой турбины, согласно изобретению, промежуточный перегрев основного потока пара осуществляется в существующей системе паро-парового перегрева паровой турбины промежуточным паровым теплоносителем, генерируемым в утилизационном парогенераторе газовой турбины, при этом утилизационный парогенератор с трубопроводами греющего пара подключен по нагреваемой стороне к трубопроводам конденсата греющего пара промежуточного пароперегревателя паровой турбины.
Надежное повышение мощности и экономичности энергоблока влажно-паровой АЭС достигается за счет того, что пар, генерируемый в утилизационном парогенераторе
за счет теплоты отработавших газов газовой турбины, по трубопроводам греющего пара поступает в существующий промежуточный пароперегреватель, вытесняя свежий и отборный пар, предназначенный для осуществления промежуточного перегрева основного потока пара. Таким образом, перегрев основного потока пара осуществляется промежуточным паровым теплоносителем, генерируемым в утилизационном парогенераторе, а весь вытесненный пар, предназначенный для осуществления промежуточного перегрева, срабатывает в паровой турбине, повышая мощность энергоблока влажно-паровой АЭС. Использование промежуточного теплоносителя позволяет исключить значительные гидравлические потери как по паровому, так и по газовому тракту установки, за счет чего достигается большая эффективность парогазовой установки по сравнению с аналогами. Кроме того, устраняется нерегулируемый разгон паровой турбины при повышении ее мощности в режимах сброса нагрузки и аварийного останова.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана схема парогазовой установки на базе влажно-паровой АЭС. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - цилиндр высокого давления (ЦВД) паровой турбины; 2 - цилиндр низкого давления (ЦНД) паровой турбины; 3 - сепаратор; 4 - промежуточный перегреватель; 5 - электрические генераторы; 6 - конденсатор; 7, 8 - трубопроводы конденсата греющего пара; 9, 15 - задвижки; 10 - устройство парораспределения; 11 - газовая турбина; 12 - камера сгорания газовой турбины; 13 - компрессор газовой турбины; 14 - трубопроводы греющего пара; 17 - тракт отработавших газов; 18 - утилизационный парогенератор.
Парогазовая установка на базе влажно-паровой АЭС включает подачу пара от паропроизводящей установки (ППУ) энергоблока АЭС в паровую турбину с цилиндрами высокого 1 и низкого 2 давления, сепаратор 3, промежуточный пароперегреватель 4, электрогенераторы 5, конденсатор 6, трубопроводы конденсата греющего пара 7 и 8, задвижки 9, 15, устройство парораспределения 10, газовую турбину 11, камеру сгорания газовой турбины 12, компрессор газовой турбины 13, трубопроводы греющего пара 14, тракт отработавших газов газовой турбины 17, утилизационный парогенератор 18. При этом вход цилиндра высокого давления 1 соединен трубопроводом с устройством парораспределения 10, а выход цилиндра высокого давления 1 через сепаратор 3 и промежуточный пароперегреватель 4 соединен с входом цилиндра низкого давления 2, а газовая турбина 11 через камеру сгорания 12 соединена с компрессором 13.
Парогазовая установка на базе влажно-паровой АЭС включает подачу конденсата греющего пара по трубопроводам конденсата греющего пара 7 и 8 в утилизационный парогенератор 18, соединенный по греющей стороне с трактом отработавших газов 17 газовой турбины 11. За счет утилизации тепла уходящих газов происходит нагрев и испарение поступающего конденсата с образованием пара, который по трубопроводам греющего пара 14 подается в промежуточный пароперегреватель 4, где в процессе паро-парового теплообмена осуществляется перегрев основного потока пара до заданной температуры. При этом задвижки 9 закрыты, а задвижки 15 открыты. Таким образом, вытесненный пар, предназначенный для осуществления промежуточного перегрева основного потока пара, срабатывает в паровой турбине, что приводит к повышению ее мощности, и, учитывая выработку энергии газовой турбиной 11, приводит к повышению мощности всего энергоблока, вырабатываемой электрогенераторами 5.
Парогазовая установка на базе влажно-паровой АЭС работает следующим образом.
Конденсат греющего пара по трубопроводам конденсата греющего пара 7 и 8 подается в утилизационный парогенератор 18, подключенный по греющей стороне к тракту отработавших газов 17 газовой турбины 11. Задвижки 9 закрыты, задвижки 15 открыты. В утилизационном парогенераторе 18 за счет утилизации тепла отработавших газов происходит нагрев и испарение конденсата греющего пара с образованием промежуточного парового теплоносителя, который по трубопроводам греющего пара 14 поступает в промежуточный пароперегреватель 4, где происходит перегрев основного потока пара паровой турбины до заданной температуры.
Высвобожденный таким образом пар, предназначенный для осуществления промежуточного перегрева основного потока пара, срабатывает в паровой турбине, что приводит к увеличению мощности, вырабатываемой на электрогенераторе 5 паровой турбины, а учитывая дополнительную мощность, вырабатываемую на электрогенераторе 5 газовой турбины 11, приводит к повышению мощности всего энергоблока. Перегрев основного потока пара паровой турбины промежуточным паровым теплоносителем, генерируемым в утилизационном парогенераторе 18 за счет утилизация тепла отработавших газов газовой турбины 11, не приводит к существенным гидравлическим и тепловым потерям, как если бы весь поток основного пара перегревался непосредственно в газопаровом пароперегревателе. При этом полностью исключается возможность нерегулируемого разгона паровой турбины перегреваемым потоком основного пара.
Отличительным признаком предложенной парогазовой установки является устранение значительных гидравлических и тепловых потерь парового и газового трактов за счет использования промежуточного теплоносителя, генерируемого в утилизационном парогенераторе газовой турбины, а также устранение инерционности регулирования нагрузки паровой турбины и недопущение нерегулируемого разгона в случае ее аварийного останова и резкого снижения нагрузки на электрогенераторе.