Способ повышения мощности двухконтурной аэс за счет комбинирования с водородным циклом

Изобретение относится к области энергетики. Способ повышения мощности двухконтурной АЭС за счет комбинирования с водородным циклом осуществляется за счет того, что питательная вода после тракта охлаждения продуктов сгорания водорода в кислороде поступает в смешивающий пароводяной подогреватель для её подогрева выше номинальной температуры, но не выше температуры кипения при данном давлении перед подачей в парогенератор. Подмешанные к питательной воде сконденсировавшиеся продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор. Часть продуктов сгорания водорода в кислороде направляется в смешивающий паро-паровой перегреватель. Подмешанные к перегреваемому пару продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор. Изобретение позволяет повысить эффективность использования водородного топлива при его стехиометрическом сжигании. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования на двухконтурных атомных электрических станциях (АЭС) с водо-охлаждаемыми реакторами.

Известен ряд парогазовых установок на базе АЭС (патент РФ на изобретение №2553725, МПК F 01К 23/00, опубл. 20.06.2015; патент РФ на изобретение №2467179, МПК F01К 23/10, опубл. 20.11.2012; патент РФ на изобретение №2489574, МПК F 01К 23/10, опубл. 10.08.2013; патент РФ на изобретение №2604208, МПК G 21D 3/08, опубл. 10.12.2016). За счет глубокой утилизации уходящих газов газотурбинной установки в специальном газоводяном подогревателе осуществляется вытеснение отбора пара на подогреватели высокого давления паротурбинной установки АЭС. Вследствие этого повышается КПД паросилового цикла и осуществляется дополнительная выработка электроэнергии в определенных режимах работы АЭС.

Недостатком известных установок является использование газоводяного подогревателя, что подразумевает наличия дорогостоящих теплообменных поверхностей при постоянном температурном напоре между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла и меньшей эффективностью установки. Кроме этого, использование внешнего топлива в виде дорогостоящего природного газа снижает экономическую эффективность станции при выработке дополнительной электроэнергии.

Известна газопаровая электростанция (Europaische Patentschrift №0424660, Int. Cl. G 21D 5/16, der Patentschrift 20.12.95). Выхлопные газы после газовой турбины направляются в пароперегреватели высокого и среднего давления, а также в подогреватель питательной воды. После расширения в паротурбинной установке сконденсировавшийся пар в виде конденсата перекачивается в подогреватель питательной воды, затем подогретая вода поступает в парогенератор АЭС. Вследствие этого повышается КПД паросилового цикла и осуществляется выработка дополнительной электроэнергии на АЭС.

Недостаток газопаровой электростанции заключается в использовании газоводяных подогревателей с наличием дорогостоящих теплообменных поверхностей, подверженных коррозии, и постоянного температурного напора между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла на перегрев, а также потери тепла с уходящими газами. Это снижает эффективность газопаровой электростанции. Кроме этого, использование внешнего топлива в виде дорогостоящего природного газа снижает экономическую эффективность станции при выработке дополнительной электроэнергии.

Известно устройство повышения КПД и мощности траснпортабельной атомной электростанции (патент РФ на изобретение №2550362, МПК G 21D 5/14, опубл. 10.05.2015). Уходящие газы после котла-пароперегревателя направляются в дополнительный подогреватель питательной воды, установленный до или после подогревателей высокого давления паротурбинной установки, для нагрева питательней воды, поступающей в парогенератор АЭС. После расширения в паротурбинной установке сконденсировавшийся пар в виде конденсата перекачивается через систему регенеративного подогрева в дополнительный подогреватель питательной воды, в результате подогретая питательная вода поступает в парогенератор АЭС. Вследствие этого повышается КПД паросилового цикла и осуществляется дополнительная выработка электроэнергии на АЭС за счет уменьшения промежуточных отборов пара из паротурбинной установки и увеличения температуры питательной воды перед парогенератором.

Недостаток известного устройства заключается в использовании газоводяного подогревателя, что подразумевает наличие дорогостоящих теплообменных поверхностей и постоянного температурного напора между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла на перегрев, а также потери тепла с уходящими газами. Это снижает эффективность атомной электростанции. Кроме этого, использование внешнего топлива в виде дорогостоящего природного газа снижает экономическую эффективность станции при выработке дополнительной электроэнергии.

Известна парогазовая установка двухконтурной АЭС (см. патент РФ на изобретение №2547828, МПК G21D 3/00, опубл. 10.04.2015). Дополнительный подогрев питательной воды осуществляется в пароводяном подогревателе промежуточным паровым теплоносителем, генерируемым в утилизационном парогенераторе выхлопными газами газовой турбины. Повышение мощности и экономичности энергоблока двухконтурной АЭС достигается за счет того, что пар, генерируемый в утилизационном парогенераторе за счет теплоты отработавших газов газовой турбины, поступает в пароводяной подогреватель для повышения температуры питательной воды перед основным парогенератором. Повышение температуры питательной воды на входе в основной парогенератор позволяет повысить мощность энергоблока двухконтурной АЭС за счет увеличения расхода рабочего тела во втором циркуляционном контуре без изменения тепловой мощности реактора.

Недостатком известной установки является использование утилизационного парогенератора, что подразумевает наличие дорогостоящих теплообменных поверхностей и постоянного температурного напора между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла на перегрев, а также потери тепла с уходящими газами. Все это снижает эффективность установки. Кроме этого, использование внешнего топлива в виде дорогостоящего природного газа снижает экономическую эффективность станции при выработке дополнительной электроэнергии.

Известен способ отпуска тепла от двухконтурных атомных электрических станций с водоохлаждаемыми реакторами (варианты) (патент РФ на изобретение №2237936, МПК G 21D 5/14, опубл. 10.10.2004). В способе отпуска тепла от двухконтурных атомных электрических станций с водоохлаждаемыми реакторами посредством нагрева сетевой воды в сетевых подогревателях паром из нерегулируемых отборов турбин, по первому варианту, одновременно с отбором пара на теплоснабжение производится подогрев питательной воды за счет форсирования реактора путем увеличения расхода пара в цилиндре низкого давления турбин, за счет частичной разгрузки подогревателей высокого давления, при байпасировании части питательной воды и подогреве ее в дополнительно устанавливаемом водяном подогревателе первого контура на холодной нитке теплоносителя. В способе отпуска тепла от двухконтурных атомных электрических станций с водоохлаждаемыми реакторами, по второму варианту, одновременно с отбором пара на теплоснабжение производится подогрев питательной воды за счет форсирования реактора путем увеличения расхода пара в цилиндре низкого давления турбин, за счет частичной разгрузки подогревателей высокого давления, при байпасировании части питательной воды и догреве ее в специально выделенной секции парогенератора, находящейся на трубопроводах теплоносителя первого контура, примыкающего к отводящему коллектору парогенератора.

Недостатком данного способа является возникновение переменных режимов работы реакторной установки при включении подогрева питательной воды за счет тепла первого контура. Кроме того, использование поверхностного водо-водяного подогревателя подразумевает наличие дорогостоящих теплообменных поверхностей и постоянного температурного напора между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла на подогрев питательной воды.

Известна принципиальная схема двухконтурной АЭС с водородным перегревом пара (см., например, Малышенко С. П., Назарова О. В., Сарумов Ю. А. Некоторые термодинамические и технико-экономические аспекты применения водорода как энергоносителя в энергетике // Атомно-водородная энергетика и технология. М.: Энергоатомиздат. 1986. Вып. 7, с. 106-108). Водород и кислород вырабатываются в электролизёре, сжимаются компрессорами до давления, соответствующего давлению пара на входе в паровую турбину и поступают в соответствующие хранилища. За счёт высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде при стехиометрическом соотношении в камере сгорания водородного пароперегревателя, подмешиваемых в рабочее тело перед паровой турбиной, осуществляется перегрев водяного пара. Вследствие этого повышается КПД паросилового цикла и осуществляется дополнительная выработка электроэнергии.

Недостаток известной схемы заключается в постоянном принудительном водяном охлаждении, что снижает эффективность использования теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде, в связи со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния балластировочной воды. При этом смешение перегреваемого пара с предварительно неохлаждёнными продуктами сгорания водорода и кислорода опасно детонацией продуктов высокотемпературной диссоциации, содержащихся в получаемом перегретом паре.

Известен ряд устройств: водородный высокотемпературный парогенератор с комбинированным охлаждением камеры сгорания (см. патент РФ на изобретение № 2358191, МПК F22B1/26, опубл. 10.06.2009г.), водородный высокотемпературный парогенератор с комбинированным испарительным охлаждением камеры смешения (см. патент РФ на изобретение № 2358190, МПК F22B1/26, опубл. 10.06.2009), парогенератор (варианты) (см. патент РФ на изобретение № 2431079, МПК F22B1/26, опубл. 10.10.2011). Эти устройства предназначены для выработки пара высоких параметров и могут быть использованы в парогенераторах для повышения давления и температуры рабочего тела и повышения КПД паросиловой установки в целом. При этом применяется наружное принудительное водяное охлаждение камеры сгорания и смешения с подмешиванием балластной воды к продуктам сгорания.

Недостаток вышеприведенных устройств заключается в неэффективном использовании теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде вследствие их постоянного принудительного охлаждения в цилиндрической части камеры сгорания, что связано с отведением значительного количества теплоты, а также постоянного принудительного охлаждения в промежуточном сопле и в камере смешения, вследствие значительного количества теплоты, необходимой для изменения фазового состояния балластировочной воды. Также недостатком является наличие в получаемом паре продуктов высокотемпературной диссоциации, что опасно детонацией в процессе расширения пара в паротурбинной установке.

Известен способ образования пара в парогазогенераторе и устройство для его осуществления (см. патент РФ на изобретение № 2371594, МПК F02С6/00, опубл. 27.10.2009). Изобретение заключается в том, что сжигают компоненты топлива, испаряют воду и разогревают пар за счет полученной энергии, образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, внутри этой области сжигают компоненты топлива, а интенсивное испарение воды и разогрев пара осуществляют после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Предлагаемый способ реализован в парогазогенераторе, содержащем камеру сгорания, запальное устройство, испарительную камеру, устройство подвода воды, в котором согласно изобретению подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания (возле головки) и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в испарительной камере установлена диафрагма, выполненная в виде сопла, расположенного в месте свертывания вихреобразной водяной оболочки, причем диафрагма расположена широким срезом сопла внутрь камеры испарения. Предложенное изобретение позволяет повысить эффективность, снизить тепловую нагрузку на элементы конструкции устройства за счет более эффективного охлаждения и упростить конструкцию.

Недостаток известного парогазогенератора заключается в неэффективном использовании теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде вследствие их постоянного принудительного охлаждения в камере сгорания, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния балластировочной воды по сравнению с их охлаждением в процессе осуществления перегрева основного рабочего тела паротурбинной установки, например, свежего пара АЭС. Это снижает эффективность и надёжность паро-водородного перегрева свежего пара в цикле влажно-паровой АЭС. Также недостатком является наличие в получаемом паре продуктов химического недожога, что опасно детонацией в процессе расширения пара в паротурбинной установке.

Известно электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной, включающее паровой котел, высокотемпературный Н22 - пароперегреватель, теплоутилизационный котел, паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, установку для получения водорода из природного газа методом конверсии, установку для производства кислорода методом разделения воздуха (см. патент РФ на полезную модель № 2335642, МПК F01K13/00, опубл. 27.05.2007 г.). В высокотемпературном Н22 - пароперегревателе водяной пар перегревается за счет поступления и сжигания в нем водорода с кислородом в среде водяного пара без промежуточной теплообменной поверхности. Для полезного использования энергии уходящих газов из установки для конверсии природного газа в водород установлен утилизационный котел, выход пара из которого связан с промежуточным вводом пара в турбину с электрогенератором и (или) с системой охлаждения проточной части турбины. Устройство предназначено для производства электроэнергии с использованием высокотемпературной паровой турбины с комбинированным, в том числе водородным, топливом.

Недостатком данной полезной модели является невозможность её использования в случае, когда получаемый водяной пар имеет температуру меньше, чем температура самовоспламенения водорода в смеси с кислородом, а также когда расход пара снижен или полностью отсутствует, поскольку не обеспечивается понижение (регулирование) температуры водородно-кислородного пара. Смешение пара с продуктами сгорания водорода и кислорода опасно детонацией продуктов высокотемпературной диссоциации, содержащихся в получаемом перегретом паре.

Известен вихревой водород-кислородный пароперегреватель (см. патент РФ на изобретение № 2361146, МПК F22G1/16, опубл. 10.07.2009). Вихревой водород-кислородный пароперегреватель, содержащий запальное устройство, магистрали подвода горючего (водорода) и окислителя (кислорода), камеры сгорания и смешения, форсунки окислителя и горючего, дополнительно содержит диафрагмированное выходное сопло, а также патрубок и кольцевой канал подачи вторичного пара, конический стабилизатор пламени, пламенную трубу, аксиальное закручивающее устройство, конический стабилизатор пламени, зону смешения вторичного пара с окислителем. Водяной пар из котла или низкотемпературного перегревателя с температурой 100-250°C перегревается за счет сжигания водорода в кислороде и смешивается с основным паром. Изобретение обеспечивает повышение качества равномерности температурного поля на выходе из пароперегревателя, обеспечение возможности регулирования температуры горения, обеспечение условий устойчивого горения.

Недостатком данного изобретения является невозможность работы данной системы в условиях сниженного расхода водяного пара или полном его отсутствии из котла или низкотемпературного перегревателя, поскольку не обеспечивается понижение температуры водородно-кислородного пара. Это снижает надёжность паро-водородного перегрева свежего пара в цикле влажно-паровой АЭС. Смешение пара с продуктами сгорания водорода и кислорода опасно детонацией продуктов высокотемпературной диссоциации, содержащихся в получаемом перегретом паре.

Известна система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле атомной электрической станции (см. патент РФ №2427048, МПК G21D 5/16, F22B1/26, F01K3/18, опубл. 10.11.2010 г.). Система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле АЭС, включающая водород-кислородный парогенератор, снабженный запальным устройством, содержащая магистрали подвода окислителя (кислорода) и горючего (водорода), водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления, дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления, полость смешения высокотемпературного пара со свежим паром на участке перед цилиндром высокого давления паровой турбины, при этом дожигающая водород-кислородная камера сгорания стехиометрического окисления выполнена в виде диффузора, размещённого в полости смешения высокотемпературного пара со свежим паром, в связи, с чем камера сгорания охлаждается за счёт обтекания свежим паром.

Недостатком данного изобретения является невозможность работы системы в условиях сниженного расхода свежего пара или полном его отсутствии, поскольку не обеспечивается понижение (регулирование) температуры водород-кислородного пара. Это снижает надёжность паро-водородного перегрева свежего пара в цикле влажно-паровой АЭС. Смешение перегреваемого пара с продуктами сгорания водорода и кислорода опасно детонацией продуктов высокотемпературной диссоциации, содержащихся в получаемом перегретом паре.

Известна система сжигания водорода в цикле АЭС с регулированием температуры водород-кислородного пара (см. патент РФ № 2488903, МПК G21D 5/16, опубл. 27.07.2013 г.). Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электрических станций (АЭС) при температуре рабочего тела ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом, а также пара в условиях сниженного расхода свежего пара или полном его отсутствии. Система сжигания водорода в цикле АЭС включает водород-кислородный парогенератор с запальным устройством, магистрали подвода окислителя (кислорода) и горючего (водорода), водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления, дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления, полость смешения высокотемпературного пара со свежим паром на участке перед цилиндром высокого давления паровой турбины. Дожигающая камера выполнена в виде диффузора и размещена в полости смешения высокотемпературного пара со свежим паром. К ней подсоединены магистрали подачи балластировочной воды со встроенными форсунками, пролегающие вдоль камеры сгорания с противоположных сторон. Встроенные форсунки сообщаются с внутренней областью дожигающей камеры.

Недостатком данного изобретения является смешение перегреваемого пара с продуктами сгорания водорода и кислорода, что опасно детонацией продуктов высокотемпературной диссоциации, содержащихся в получаемом перегретом паре.

Известен способ повышения КПД и мощности двухконтурной атомной станции (см. патент РФ на изобретение №2335641, МПК F 01К 3/18; G 21D 5/16, опубл. 10.10.2013 г.). Известный способ предназначен для повышения КПД и мощности двухконтурной атомной станции путем перегрева пара после реакторного парогенератора в котле-пароперегревателе с независимым источником тепловой энергии. Известный способ заключается в том, что в котле-пароперегревателе температуру пара повышают до 800-850°C, при которой при расширении пара в паротурбинной установке из последней ступени цилиндра низкого давления получают насыщенный пар со степенью сухости не менее 99% или слабо перегретый пар с температурой перегрева не более 5°C, тем самым обеспечивается повышение КПД паротурбинной установки и мощности атомной станции.

Недостатком известного способа (первый вариант) является то, что в данном варианте в качестве окислителя используется воздух, что не может обеспечить эффективное сжигание водорода и приводит к значительным выбросам окислов азота в атмосферу. Недостатком известного способа (второй вариант) является то, что при сжигании водорода в кислородной среде с получением высокотемпературного пара и смешение перегреваемого пара с продуктами сгорания при температуре получаемого перегретого пара 800-850°C опасно детонацией продуктов высокотемпературной диссоциации, содержащихся в получаемом перегретом паре.

Известна гибридная АЭС с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной (см. патент РФ на изобретение №2661341, МПК C 21D 5/14, опубл. 16.07.2018 г.). Изобретение относится к области атомной теплотехники и призвано повысить эффективность выработки электроэнергии на базе атомных парогенераторов при одновременном увеличении диапазона регулирования вырабатываемой мощности без нарушения режима работы реактора АЭС. Для этого используется дополнительный высокотемпературный паротурбинный блок с котлом-пароперегревателем, использующим органическое или водородное топливо, для перегрева части пара, поступающего из основного парогенератора АЭС. Получаемый перегретый пар направляется в дополнительную паротурбинную установку для выработки дополнительной мощности, при этом основная паротурбинная установка разгружается.

Недостатком известного изобретения является использование котла-пароперегревателя, что подразумевает наличие дорогостоящих теплообменных поверхностей и постоянного температурного напора между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла на перегрев, а также потери тепла с уходящими газами. Все это снижает эффективность установки.

Известен способ водородного перегрева пара на АЭС (см. патент РФ на изобретение №2661231, МПК F 01К 3/18; G 21D 5/16, опубл. 13.07.2018 г.). Известный способ позволяет повысить эффективность и безопасность сжигания водорода с кислородом посредством замкнутой системы сжигания для выработки дополнительной электроэнергии на АЭС за счет повышения параметров острого пара или пара после промежуточного перегрева. Для этого осуществляется подача кислорода в котел-пароперегреватель через смесительное устройство осуществляется с определенным избытком для снижения температуры продуктов сгорания и исключения недожога, при этом продукты сгорания после котла-пароперегревателя направляются в охладитель-конденсатор для отделения непрореагировавшего избытка кислорода от водяного пара путем его конденсации с последующей подачей непрореагировавшего избытка кислорода посредством компрессора обратно в смесительное устройство котла-пароперегревателя для сжигания водородного топлива и перегрева пара после основного реакторного парогенератора для повышения мощности и эффективности АЭС.

Недостатком известного изобретения является использование котла-пароперегревателя, что подразумевает наличие дорогостоящих теплообменных поверхностей и постоянного температурного напора между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла на перегрев, а также потери тепла с уходящими газами. Кроме того, для сжигания водорода с избытком окислителя необходимо вырабатывать избыточное количество кислорода, что потребует дополнительных затрат. Все это снижает эффективность установки.

Наиболее близким аналогом является принципиальная схема водородного перегрева острого пара на АЭС (см. Aminov R.Z., Egorov A.N. Evaluation of the efficiency of combining wet-steam NPPs with a closed hydrogen cycle // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2018. Vol. 1111. 012022. doi:10.1088/1742-6596/1111/1/012022). При использовании данной схемы обеспечивается безопасное и эффективное сжигание водорода в кислородной среде посредством замкнутой системы сжигания. За счет использования тракта охлаждения продуктов сгорания остаточное содержание водорода в продуктах сгорания пренебрежимо мало. После конденсации пара непрореагировавший избыток кислорода возвращаются в камеру сгорания водород-кислородного парогенератора. Повышение эффективности и мощности АЭС осуществляется не только за счет повышения температуры пара в цикле паротурбинной установки, но и за счет либо вытеснения отборов пара системе регенеративного подогрева, либо за счет увеличения расхода свежего пара в основном парогенераторе путем повышения температуры питательной воды выше ее номинального значения. При этом охлаждение продуктов сгорания осуществляется через поверхность теплообмена без смешения рабочих тел.

Недостатком известной схемы является то, что для увеличения температуры острого пара используется малоэффективный поверхностный паро-паровой перегреватель, что подразумевает наличие дорогостоящих теплообменных поверхностей и постоянного температурного напора между греющей и нагреваемой средой, что связано с бульшими затратами тепла на перегрев. Кроме того, неэффективно используется скрытая теплота парообразования при конденсации продуктов сгорания водорода в кислородной среде за счет нагрева основного конденсата из паротурбинной установки. При этом в некоторых режимах требуется подача избытка окислителя, который необходимо дополнительно вырабатывать. Все это приводит к снижению эффективности использования энергии водородного топлива.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности использования водородного топлива для повышения мощности и КПД двухконтурных атомных электрических станций.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является повышение эффективности использования водородного топлива при его стехиометрическом сжигании с кислородом для дополнительного подогрева питательной воды после подогревателей высокого давления перед подачей в парогенератор с увеличенным расходом рабочего тела через парогенератор и паротурбинную установку без изменения тепловой мощности реакторной установки и для перегрева пара после парогенератора с целью дополнительной выработки мощности на энергоблоке АЭС.

Указанный технический результат достигается тем, что на АЭС, содержащей водород-кислородную камеру сгорания, тракт охлаждения продуктов сгорания, подогреватели высокого давления питательной воды, питательный насос, согласно изобретения, питательная вода после тракта охлаждения продуктов сгорания водорода в кислороде поступает в смешивающий паро-водяной подогреватель для её подогрева выше номинальной температуры, но не выше температуры кипения при данном давлении перед подачей в парогенератор, при этом подмешанные к питательной воде сконденсировавшиеся продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор.

Кроме того, часть продуктов сгорания водорода в кислороде направляется в смешивающий паро-паровой перегреватель для перегрева пара после парогенератора, а также для надежной работы пароводяного подогревателя за счет обеспечения полной конденсации поступающих в него продуктов сгорания водорода в кислороде. При этом подмешанные к перегреваемому пару продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор.

Сущность изобретения заключается в повышении эффективности использования водородного топлива для повышения мощности и КПД АЭС за счет повышения параметров острого пара перед паротурбинной установкой (ПТУ) и увеличенного расхода рабочего тела через парогенератор (ПГ) и ПТУ вследствие дополнительного подогрева питательной воды после подогревателей высокого давления теплотой продуктов сгорания водорода в кислороде выше номинальной температуры, но не выше температуры кипения при данном давлении перед подачей в ПГ. Это достигается за счет того, что конденсация продуктов стехиометрического сжигания водорода в кислородной среде после тракта охлаждения продуктов сгорания осуществляется при смешении с питательной водой из цикла ПТУ, что обеспечивает бьльшую эффективность использования теплоты конденсации продуктов сгорания и меньшие затраты водородного топлива. Кроме того, осуществляется перегрев пара после парогенератора за счет его смешения с частью продуктов стехиометрического сжигания водорода в кислородной среде после тракта охлаждения продуктов сгорания, что обеспечивает повышение КПД и мощности АЭС. Обеспечение постоянства мощности реакторной установки в результате подогрева питательной воды выше номинальной температуры приводит к повышению расхода рабочего тела через ПГ и ПТУ, что в итоге даёт увеличение мощности и КПД АЭС. Отсутствие теплообменной поверхности между греющими продуктами сгорания водорода с кислородом и нагреваемой питательной водой и паром требует меньших затрат теплоты водородного топлива и меньших капиталозатрат. При этом используются водород и кислород, полученные методом электролиза воды во внепиковые часы графика электрической нагрузки энергосистемы.

Изобретение иллюстрируется чертежом (фиг. 1), где показана принципиальная технологическая схема повышения мощности двухконтурной АЭС за счет комбинирования с водородным циклом. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - водород-кислородная камера сгорания; 2 - тракт охлаждения продуктов сгорания; 3 - смешивающий пароводяной подогреватель; 4 - смешивающий паро-паровой перегреватель; 5 - конденсатный насос; 6 - подогреватели низкого давления; 7 - деаэратор; 8 - питательный насос; 9 - паровая задвижка; 10 - подогреватели высокого давления; 11 - задвижка.

Работа осуществляется следующим способом. После деаэратора 7 за счет работы питательного насоса 8 питательная вода после подогревателей высокого давления 10 за счет закрытия задвижки 11 поступает для промежуточного подогрева в тракт охлаждения продуктов сгорания 2, образующихся при стехиометрическом сжигании водорода в кислородной среде посредством водород-кислородной камеры сгорания 1. После тракта охлаждения продуктов сгорания 2 питательная вода поступает в смешивающий пароводяной подогреватель 3, где подогревается до температуры выше номинальной, но не выше температуры кипения при данном давлении перед подачей в парогенератор АЭС за счет охлаждения и конденсации части продуктов сгорания, поступающих из тракта охлаждения продуктов сгорания 2. При этом, подмешанные к питательной воде продукты сгорания после срабатывания в ПТУ перед подачей через конденсатный насос 5 в подогреватели низкого давления 6 выводятся из цикла после конденсатора ПТУ и направляются в бак-аккумулятор.

Кроме того, часть продуктов сгорания после тракта охлаждения продуктов сгорания 2 за счет открытия паровой задвижки 9 направляется в смешивающий паро-паровой перегреватель 4 для повышения параметров пара после парогенератора АЭС, а также для надежной работы пароводяного подогревателя 3 за счет обеспечения полной конденсации поступающих в него продуктов сгорания водорода в кислороде. При этом подмешанные продукты сгорания водорода в кислороде вместе с основным потоком рабочего тела после срабатывания в ПТУ перед подачей через конденсатный насос 5 в подогреватели низкого давления 6 выводятся из цикла после конденсатора ПТУ и направляются в бак-аккумулятор.

Отличительным признаком способа повышения мощности двухконтурной АЭС за счет комбинирования с водородным циклом, является повышение эффективности использования водородного топлива при его стехиометрическом сжигании в кислородной среде за счет более эффективного использования теплоты образующихся продуктов сгорания при повышении мощности и КПД АЭС с увеличенным расходом рабочего тела через парогенератор и паротурбинную установку в результате дополнительного подогрева питательной воды выше номинальной температуры, но не выше температуры кипения при данном давлении перед подачей в парогенератор без изменения тепловой мощности реакторной установки, а также за счет перегрева пара после парогенератора.

1. Способ повышения мощности двухконтурной АЭС за счет комбинирования с водородным циклом, содержащий водород-кислородную камеру сгорания, тракт охлаждения продуктов сгорания, подогреватели высокого давления питательной воды, питательный насос, отличающийся тем, что питательная вода после тракта охлаждения продуктов сгорания водорода в кислороде поступает в смешивающий пароводяной подогреватель для её подогрева выше номинальной температуры, но не выше температуры кипения при данном давлении перед подачей в парогенератор, при этом подмешанные к питательной воде сконденсировавшиеся продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке перед подачей через конденсатный насос в подогреватели низкого давления и деаэратор выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор.

2. Способ повышения мощности двухконтурной АЭС за счет комбинирования с водородным циклом по п. 1, характеризующийся тем, что часть продуктов сгорания водорода в кислороде направляется в смешивающий паро-паровой перегреватель для перегрева пара после парогенератора, а также для надежной работы пароводяного подогревателя за счет обеспечения полной конденсации поступающих в него продуктов сгорания водорода в кислороде, при этом подмешанные к пару продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке перед подачей через конденсатный насос в подогреватели низкого давления и деаэратор выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Способ водородного перегрева пара на АЭС, имеющей в своем составе основной реакторный парогенератор, паротурбинную установку, котел-пароперегреватель, подвод топлива и окислителя, причем подача кислорода в котел-пароперегреватель через смесительное устройство осуществляется с определенным избытком для снижения температуры продуктов сгорания и исключения недожога, при этом продукты сгорания после котла-пароперегревателя направляются в охладитель-конденсатор для отделения непрореагировавшего избытка кислорода от водяного пара путем его конденсации с последующей подачей непрореагировавшего избытка кислорода посредством компрессора обратно в смесительное устройство котла-пароперегревателя для сжигания водородного топлива и перегрева пара после основного реакторного парогенератора для повышения мощности и эффективности АЭС.

Изобретение относится к атомной энергетике. Гибридная атомная станция включает ядерный реактор на тепловых нейтронах, реакторный парогенератор и паротурбинную установку, работающую на генератор.

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электрических станций (АЭС) при температуре рабочего тела ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в стационарной, транспортабельной и транспортных установках как автономно, так и в составе других энергетических установок, как с совпадающими параметрами рабочих тел, так и несовпадающими параметрами пара, причем позволяет расширить применение комбинированных установок малой, средней и большой мощности.

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электрических станций (АЭС) при температуре рабочего тела ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом (450°С).

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для повышения эффективности работы турбин атомных станций. .

Изобретение относится к области теплотехники. .

Изобретение относится к области энергетики. Способ повышения мощности двухконтурной АЭС за счет комбинирования с водородным циклом осуществляется за счет того, что питательная вода после тракта охлаждения продуктов сгорания водорода в кислороде поступает в смешивающий пароводяной подогреватель для её подогрева выше номинальной температуры, но не выше температуры кипения при данном давлении перед подачей в парогенератор. Подмешанные к питательной воде сконденсировавшиеся продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор. Часть продуктов сгорания водорода в кислороде направляется в смешивающий паро-паровой перегреватель. Подмешанные к перегреваемому пару продукты сгорания водорода в кислороде после срабатывания в паротурбинной установке выводятся из цикла после конденсатора паротурбинной установки и направляются в бак-аккумулятор. Изобретение позволяет повысить эффективность использования водородного топлива при его стехиометрическом сжигании. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх