Способ работы газопаровой установки с ядерным реактором

 

Изобретение относится к атомной энергетике, теплоэнергетике и энергомашиностроению. Нагрев теплообменом отобранной части рабочего тела с теплоносителем замкнутого контура ядерного реактора производят совместно с водой или водяным паром путем их смешения и образования парогазовой смеси, воду предварительно подогревают в теплообменниках вспомогательного контура, во вспомогательных ступенях расширения расширяют парогазовую смесь, большую часть водяного пара парогазовой смеси конденсируют после передачи части ее теплоты рабочему телу паро- или газотурбинного контура, а полученную воду после очистки подают в теплообменники вспомогательного контура. Данным изобретением обеспечивается повышение кпд и мощности. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, может быть использовано в теплоэнергетике и энергомашиностроении.

Известен способ [1], включающий передачу тепловой энергии ядерного реактора теплоносителю замкнутого контура, сжатие рабочего тела в ступенях сжатия открытого газового контура, нагрев его сжиганием топлива в камере сгорания, расширение в ступенях расширения и передачу тепловой энергии из газового контура и от ядерного реактора теплообменом рабочему телу паротурбинного контура.

При реализации способа [1] энергетическая установка имеет невысокие кпд и мощность.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ [2].

Способ-прототип включает передачу тепловой энергии ядерного реактора теплоносителю замкнутого контура, отбор части рабочего тела после ступеней сжатия открытого газового контура во вспомогательный контур, периодическое ее охлаждение и сжатие в теплообменниках и вспомогательных ступенях сжатия, нагрев теплообменом с теплоносителем замкнутого контура, расширение во вспомогательных ступенях расширения, смешение и нагрев с оставшейся частью рабочего тела в камере сгорания открытого газового контура, расширение всего рабочего тела в ступенях расширения и передачу части тепловой энергии из открытого газового контура теплообменом рабочему телу паро- или газотурбинного контура.

Прототипу присущи недостаточно высокие кпд и мощность.

Для устранения отмеченных недостатков нагрев теплообменом отобранной части рабочего тела с теплоносителем замкнутого контура производят совместно с водой или водяным паром путем их смешения и образования парогазовой смеси, воду или водяной пар предварительно подогревают в теплообменниках вспомогательного контура, во вспомогательных ступенях расширения расширяют парогазовую смесь, большую часть водяного пара парогазовой смеси конденсируют после передачи части ее теплоты рабочему телу паро- или газотурбинного контура, а полученную воду после очистки подают в теплообменники вспомогательного контура.

Для дополнительного повышения экономичности и мощности по сравнению с прототипом, выполненным по данному способу с включением дополнительных операций: передача теплообменом тепловой энергии замкнутого контура химическим компонентом химического контура, преобразование химических компонент в водород и кислород, подача полученных водорода и кислорода в камеры сгорания вспомогательного и газового контуров и сжигание их - в камере сгорания вспомогательного и газового контуров нагревают за счет сжигания водорода и кислорода парогазовую смесь.

С целью дополнительного повышения кпд и мощности часть воды после теплообменников вспомогательного контура отбирают и нагревают теплообменом с химическими компонентами химического контура и подают для смешения и дополнительного подогрева вместе с парогазовой смесью в камерах сгорания вспомогательного контура.

Повышение кпд установки, реализующей данный способ, происходит за счет утилизации теплоты теплообменников вспомогательного и химического контуров вспомогательным и газовым контурами. Мощность увеличивается за счет повышения расхода рабочего тела в газовом контуре. При сжигании водорода и кислорода установка становится экологически чистой.

На фиг.1 изображен один из вариантов тепловой схемы газопаровой установки с ядерным реактором, реализующей данный способ (см. п.1 формулы изобретения).

Изобретение осуществляется следующим образом. Рабочее тело в виде воздуха окружающей среды поступает в ступени сжатия 1 открытого газового контура. За ними часть рабочего тела отбирается, периодически охлаждается в теплообменниках 2 и сжимается во вспомогательных ступенях сжатия 3. В теплообменнике замкнутого контура 4, состоящего, например, из насоса 5 и каналов охлаждения ядерного реактора 6, отобранная часть рабочего тела нагревается совместно с водой, предварительно нагретой в теплообменниках 2. Образованная за счет смешения и нагрева парогазовая смесь расширяется во вспомогательных ступенях расширения 7. В камере сгорания 8 газопаровая смесь смешивается с оставшейся частью рабочего тела и нагревается за счет сжигания топлива. В ступенях расширения 9 все рабочее тело расширяется. В парогенераторе 10 и экономайзере 11 часть теплоты газопаровой смеси передается, например, в паротурбинный контур 12. С помощью теплообменника 13 большая часть водяного пара конденсируется и после очистки в блоке очистки 14 насосом 15 подается в теплообменники 2 вспомогательного контура.

Газопаровая установка с ядерным реактором содержит: ступени сжатия 1, теплообменники 2, вспомогательные ступени сжатия 3, теплообменник замкнутого контура 4, насос 5, ядерный реактор 6, вспомогательные ступени расширения 7, камеру сгорания 8, ступени расширения 9, парогенератор 10, экономайзер 11, паротурбинный контур 12, теплообменник 13, блок очистки 14 и насос 15.

На фиг.2 представлен вариант тепловой схемы газопаровой установки с ядерным реактором, камерами сгорания во вспомогательном контуре и химическим контуром (см. п.2 формулы изобретения).

Часть теплоты ядерного реактора 6 с помощью дополнительного теплообменника 16 передается в химический контур 17. В нем химические компоненты с помощью, например, термохимическго цикла преобразуются в водород и кислород, которые сжигаются в камере сгорания 8 и дополнительно установленных вспомогательных камерах сгорания 18. Парогазовая смесь расширяется в двух последовательно расположенных секциях вспомогательных ступеней расширения 7.

Данная газопаровая установка дополнительно содержит: теплообменник 16, химический контур 17, вспомогательные камеры сгорания 18.

На фиг.3 изображена тепловая схема газопаровой установки с ядерным реактором, в которой производится утилизация части теплоты химического контура (см. п.3 формулы изобретения).

Часть воды после теплообменников 2 отбирают и нагревают в теплообменнике 19 химического контура 17, после чего подают в камеру сгорания 18.

Установка дополнительно содержит теплообменник 19.

Источники информации 1. Сурков В. В. Комбинированная установка АЭС-ГТУ. Теплоэнергетика, - 1981, 10, с.57-58.

2. Патент 2088772 РФ. Способ работы энергетической установки с ядерным реактором. /Гришин А.Н., МКИ⁶, F 02 С 1/05 -Бюл. 24, 27.08.97 г.

Формула изобретения

1. Способ работы газопаровой установки с ядерным реактором, включающий передачу тепловой энергии ядерного реактора теплоносителю замкнутого контура, отбор части рабочего тела после ступеней сжатия открытого газового контура во вспомогательный контур, периодическое ее охлаждение в теплообменниках и сжатие во вспомогательных ступенях сжатия, нагрев теплообменом с теплоносителем замкнутого контура, расширение во вспомогательных ступенях расширения, смешение и нагрев с оставшейся частью рабочего тела в камере сгорания открытого газового контура, расширение всего рабочего тела в ступенях расширения и передачу части тепловой энергии из открытого газового контура теплообменом рабочему телу паро- или газотурбинного контура, отличающийся тем, что нагрев отобранной части рабочего тела теплообменом с теплоносителем замкнутого контура производят совместно с водой или водяным паром путем их смешения и образования парогазовой смеси, воду или водяной пар предварительно подогревают в теплообменниках вспомогательного контура, во вспомогательных ступенях расширения расширяют парогазовую смесь, большую часть водяного пара парогазовой смеси конденсируют после передачи части ее теплоты рабочему телу паро- или газотурбинного контура, а полученную воду после очистки подают в теплообменники вспомогательного контура.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепловую энергию замкнутого контура дополнительно передают теплообменом в химический контур, химические компоненты этого контура преобразуют в водород и кислород, подают полученные водород и кислород в камеру сгорания газового контура и в дополнительно установленные камеры сгорания вспомогательного контура, где их сжигают, за счет чего нагревают парогазовую смесь.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что часть воды после теплообменников вспомогательного контура отбирают и нагревают теплообменом с химическими компонентами химического контура и подают для смешения и дополнительного подогрева вместе с парогазовой смесью в камерах сгорания вспомогательного контура.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3