EA042215B1

EA042215B1 - CONDENSATE ENERGY RECOVERY SYSTEM OF NUCLEAR POWER PLANT

Info

Publication number: EA042215B1
Application number: EA202091562
Authority: EA
Inventors: Владимир Владимирович Рогожкин; Игорь Александрович Тхор; Николай Александрович Прохоров; Владислав Феликсович Косарев; Кирилл Владимирович Мошков; Алексей Вячеславович Шеволдин; Вячеслав Андреевич Скачков; Евгений Борисович Мишин
Original assignee: Акционерное Общество "Атомэнергопроект"; Акционерное Общество "Наука И Инновации" (Ао "Наука И Инновации")
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2023-01-25

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к системам рекуперации энергосброса атомных электростанций, использующих тепловую энергию и влажность воздуха над водной поверхностью сбросного канала ядерной энергетической установки.SUBSTANCE: invention relates to nuclear power engineering, namely to systems for recuperation of energy discharge of nuclear power plants using thermal energy and air humidity above the water surface of the discharge channel of a nuclear power plant.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Известно, что при условии безаварийной работы атомной электростанции (АЭС), её прямое негативное воздействие на окружающую среду существенно меньше, чем у тепловых электростанций (ТЭС), поскольку для последних неизбежен выброс продуктов сжигания топлива (угля, природного газа, мазута, торфа, горючих сланцев) в атмосферу. Единственный фактор, в котором АЭС уступают в экологическом плане ТЭС - тепловое загрязнение, вызванное большими расходами сбросной воды, использованной для охлаждения конденсаторов турбин, которое у АЭС несколько выше из-за более низкого коэффициента полезного действия (КПД; не более 35%). В случае если охлаждающая вода забирается из природного водоёма (реки, озера либо моря), что является с экономической точки зрения предпочтительным для АЭС, это приводит к повышению температуры водоёма и наносит ущерб его биогеоценозу. Для борьбы с этим фактором современные АЭС снабжают собственными искусственно созданными водохранилищами-охладителями, градирнями или брызгальными бассейнами. Однако полностью проблему такие решения не снимают, поскольку повышенное испарение этих объектов в атмосферу изменяет экологическую обстановку региона в сторону увеличения температуры в сочетании с увеличением влажности, увеличению выпадения осадков, появлению дополнительной облачности и т.д.It is known that under the condition of trouble-free operation of a nuclear power plant (NPP), its direct negative impact on the environment is significantly less than that of thermal power plants (TPP), since the latter inevitably release fuel combustion products (coal, natural gas, fuel oil, peat, combustible shale) into the atmosphere. The only factor in which NPPs are inferior in environmental terms to TPPs is thermal pollution caused by high flow rates of waste water used to cool turbine condensers, which is somewhat higher for NPPs due to lower efficiency (efficiency; no more than 35%). If cooling water is taken from a natural reservoir (river, lake or sea), which is economically preferable for nuclear power plants, this leads to an increase in the temperature of the reservoir and damages its biogeocenosis. To combat this factor, modern nuclear power plants are equipped with their own artificially created cooling reservoirs, cooling towers or spray pools. However, such solutions do not completely remove the problem, since the increased evaporation of these objects into the atmosphere changes the ecological situation in the region towards an increase in temperature in combination with an increase in humidity, an increase in precipitation, the appearance of additional clouds, etc.

Кроме того, использование излишних тепловых выбросов АЭС может повысить общую КПД АЭС за счёт возможности получения не только электроэнергии, но и дополнительного экономического эффекта. В холодных регионах в зимний период использование тепла сбросной воды АЭС и ТЭС позволяет обеспечить отопление большого количества жилых и производственных помещений. Однако в общем случае такое решение неприменимо. В засушливых приморских регионах, где нередко располагают АЭС, исходя из перспективы использования в качестве охлаждающей воды больших объёмов морской воды, возможно использование энергии АЭС для получения пресной воды, для чего применялись различные технические решения.In addition, the use of excess thermal emissions from nuclear power plants can increase the overall efficiency of nuclear power plants due to the possibility of obtaining not only electricity, but also an additional economic effect. In cold regions in winter, the use of heat from waste water from nuclear power plants and thermal power plants makes it possible to provide heating for a large number of residential and industrial premises. However, in the general case, this solution is not applicable. In arid coastal regions, where nuclear power plants are often located, based on the prospect of using large volumes of sea water as cooling water, it is possible to use nuclear power to produce fresh water, for which various technical solutions were used.

Известно устройство для массового получения пресной воды путем конденсации водяных паров из воздуха (патент РФ №2143033, опубл. 20.12.1999 г.), содержащее теплоизолированную холодильную камеру, насос-компрессор для засасывания воздуха из окружающей среды в холодильную камеру с патрубком для выпуска из камеры обезвоженного охлажденного воздуха, электрические нагреватели для расплавления льда, полученного при конденсации водяных паров из воздуха, емкость для сбора образовавшейся воды с краном и патрубком для выпуска воды наружу, при этом насос-компрессор присоединен к змеевику-теплообменнику, который, в свою очередь, присоединен к соплу, а холодильная камера патрубком соединена с камерой-отстойником, где расположены электрические нагреватели и патрубок с краном для выпуска полученной воды наружу. Устройство предназначено для получения воды из атмосферной влаги через вымораживание водяного пара с использованием компрессии воздуха, его охлаждения и адиабатического расширения. Полученные мелкие кристаллы льда периодически растапливаются электронагревателем с выпуском воды через кран.A device for the mass production of fresh water by condensing water vapor from the air is known (RF patent No. 2143033, publ. chambers for dehydrated cooled air, electric heaters for melting ice obtained by condensing water vapor from air, a container for collecting the resulting water with a tap and a branch pipe for discharging water to the outside, while the pump-compressor is connected to a heat exchanger coil, which, in turn, is attached to the nozzle, and the refrigerating chamber is connected by a branch pipe to the settling chamber, where electric heaters and a branch pipe with a tap for discharging the received water to the outside are located. The device is designed to obtain water from atmospheric moisture through the freezing of water vapor using air compression, cooling and adiabatic expansion. The obtained small ice crystals are periodically melted by an electric heater with the release of water through a tap.

Недостатками такого устройства являются: низкое качество полученной воды, т.к. не происходит улавливания незамерзающих капель и твердых примесей (солевых растворов, песка и т.п.), низкая скорость охлаждения сжатого воздуха с помощью наружного воздуха, а также низкая производительность по конечному продукту из-за периодичности оттаивания. Перечисленные недостатки не позволяют также рассчитывать на снижение воздействия сбросной воды на окружающую среду в случае его применения в ядерной отрасли.The disadvantages of such a device are: poor quality of the obtained water, because there is no trapping of non-freezing drops and solid impurities (salt solutions, sand, etc.), low cooling rate of compressed air with outside air, as well as low productivity in the final product due to the frequency of defrosting. These shortcomings also do not allow one to count on reducing the impact of waste water on the environment if it is used in the nuclear industry.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является атомно-энергетический комплекс (патент РФ №2504417, опубл. 20.01.2009 г.), предназначенный преимущественно для получения пресной воды путем конденсации водяных паров из атмосферного воздуха, включающий средство для забора воздуха, компрессор, соединенный с теплообменным устройством для охлаждения сжатого воздуха, турбодетандер, средства для транспортировки воды и воздуха с арматурой, ядерную энергетическую установку, при этом средство для забора воздуха выполнено в виде башни высотой не менее 200 м с окнами воздухозабора, размещенными по высоте башни, теплообменное устройство для охлаждения сжатого воздуха является конденсатором, который связан с каплеуловителем, причем оба они установлены с возможностью сброса конденсата в бассейн первичного конденсата, а турбодетандер соединен с водяной камерой, снабженной оросителем, связанной с бассейном вторичного конденсата и теплообменником оборотной воды, который соединен с ядерной энергетической установкой.The closest analogue of the claimed invention is a nuclear power complex (RF patent No. 2504417, publ. a device for cooling compressed air, a turbo expander, means for transporting water and air with fittings, a nuclear power plant, while the air intake means is made in the form of a tower with a height of at least 200 m with air intake windows located along the height of the tower, a heat exchange device for cooling compressed air is a condenser, which is connected to a droplet eliminator, both of which are installed with the possibility of discharging condensate into the primary condensate pool, and the turboexpander is connected to a water chamber equipped with a sprinkler, connected to the secondary condensate pool and a return water heat exchanger, which is connected to a nuclear power plant. genetic installation.

При работе атомно-энергетического комплекса водяные пары из атмосферного воздуха проходят через средство для забора воздуха и компрессор, затем проходят первую стадию конденсации при охлаждении в конденсаторе, что позволяет получить первичный конденсат, соответствующий по своим экологическим качествам дождевой воде. Затем, на второй стадии конденсации, сжатый воздух проходит через турбодетандер, где совершает работу за счёт резкого адиабатического расширения с падением температуры, в результате чего содержащаяся в нём влага вымораживается/конденсируется для полученияDuring the operation of the nuclear power complex, water vapor from the atmospheric air passes through the air intake and the compressor, then passes the first stage of condensation when cooled in the condenser, which makes it possible to obtain primary condensate, corresponding in its ecological qualities to rainwater. Then, in the second stage of condensation, the compressed air passes through the turbo-expander, where it does work due to a sharp adiabatic expansion with a drop in temperature, as a result of which the moisture contained in it is frozen / condensed to obtain

- 1 042215 вторичного конденсата, соответствующего по своим качествам природной талой/дождевой воде.- 1 042215 secondary condensate, corresponding in quality to natural melt/rain water.

Таким образом, за счёт применения тех же процессов, что приводят в природе к появлению дождевой воды (низкотемпературного испарения под воздействием солнечной радиации и криогенного вымораживания влаги) атомно-энергетический комплекс по патенту РФ №2504417 позволяет обеспечить получение пресноводного экологически чистого конденсата из атмосферной влаги морей в больших объёмах. Недостатками его, однако, являются (1) недостаточная производительность процесса получения пресной воды при расположении атомно-энергетического комплекса вдали от берега моря и зависимость производительности процесса получения пресной воды от суточного и сезонного изменения температуры окружающего воздуха, а также (2) недостаточно высокий общий коэффициент использования тепла АЭС и (3) невозможность уменьшения негативного влияния теплового выброса сбросной воды АЭС на окружающую среду.Thus, due to the application of the same processes that lead to the appearance of rainwater in nature (low-temperature evaporation under the influence of solar radiation and cryogenic freezing of moisture), the nuclear power complex according to RF patent No. 2504417 makes it possible to obtain freshwater environmentally friendly condensate from the atmospheric moisture of the seas in large volumes. However, its disadvantages are (1) insufficient productivity of the process of obtaining fresh water when the nuclear power complex is located far from the seashore and the dependence of the productivity of the process of obtaining fresh water on daily and seasonal changes in ambient air temperature, and also (2) insufficiently high overall coefficient use of NPP heat and (3) the impossibility of reducing the negative impact of the thermal release of NPP waste water on the environment.

Задачей настоящего изобретения является разработка конденсатной системы сбросного канала атомной электростанции, обеспечивающей: (1) высокую производительность процесса получения пресной воды в любых условиях за счёт рекуперации тепловой энергии воды отводящего канала АЭС путем утилизации его влажного высокотемпературного выпара, а также (2) повышение общего коэффициента использования тепла АЭС и (3) снижение негативного воздействия тепла сбросной воды на окружающую среду.The objective of the present invention is to develop a condensate system of the discharge channel of a nuclear power plant, providing: (1) high productivity of the process of obtaining fresh water in any conditions due to the recovery of thermal energy of the water of the discharge channel of the NPP by utilizing its wet high-temperature vapor, and also (2) increasing the overall coefficient use of NPP heat and (3) reduction of the negative impact of waste water heat on the environment.

Техническим результатом настоящего изобретения является: (1) обеспечение высокой производительности процесса получения пресной воды в любых условиях за счёт рекуперации тепловой энергии воды отводящего канала АЭС путем утилизации его влажного высокотемпературного выпара, а также (2) повышение общего коэффициента использования тепла АЭС и (3) снижение негативного воздействия сбросной воды на окружающую среду.The technical result of the present invention is: (1) ensuring high productivity of the process of obtaining fresh water in any conditions due to the recovery of thermal energy of the water from the discharge channel of the NPP by utilizing its wet high-temperature vapor, and also (2) increasing the overall heat utilization factor of the NPP and (3) reducing the negative impact of waste water on the environment.

Технический результат достигается тем, что в известной (патент РФ № 2504417) конденсатной системе атомной электростанции для конденсации водяных паров из атмосферного воздуха, включающей ядерную энергетическую установку, средство для забора воздуха, компрессор, конденсатор, водяную камеру, снабжённую оросителем, генератор электрического тока, насосную станцию чистой воды, насосную станцию охлаждающей воды, бассейн вторичного конденсата и турбодетандер, средство для забора воздуха соединено с компрессором, соединённым с конденсатором, соединённым с турбодетандером, снабжённым генератором электрического тока и соединённым с водяной камерой, соединённой с бассейном вторичного конденсата, бассейн вторичного конденсата соединен с насосной станцией чистой воды, конденсатор соединён с насосной станцией охлаждающей воды, при этом все соединения выполнены в виде напорных трубопроводов, в качестве существенных пополнительных признаков средство для забора воздуха размещено в канале сбросной воды АЭС, соединённом с ядерной энергетической установкой, а канал сбросной воды снабжён герметичной крышей.The technical result is achieved by the fact that in the well-known (RF patent No. 2504417) condensate system of a nuclear power plant for condensing water vapor from atmospheric air, including a nuclear power plant, an air intake facility, a compressor, a condenser, a water chamber equipped with a sprinkler, an electric current generator, clean water pumping station, cooling water pumping station, secondary condensate pool and turbo expander, air intake connected to a compressor connected to a condenser connected to a turbo expander equipped with an electric current generator and connected to a water chamber connected to a secondary condensate pool, secondary condensate pool condensate is connected to the clean water pumping station, the condenser is connected to the cooling water pumping station, all connections are made in the form of pressure pipelines, as essential additional features, the air intake is located in the waste water channel NPP connected to a nuclear power plant, and the waste water channel is equipped with a sealed roof.

Предпочтительно снабдить канал сбросной воды барботажными трубами, размещёнными ниже поверхности сбросной воды и соединёнными с воздуховодами с водяной камерой.It is preferable to provide the waste water channel with bubbling pipes located below the surface of the waste water and connected to air ducts with a water box.

Рационально выполнить канал сбросной воды с эффективной площадью не менее 2000 кв.м на каждые 100 м длины.It is rational to make a waste water channel with an effective area of at least 2000 sq.m for every 100 m of length.

Рекомендуется снабдить конденсатную систему каплеуловителем и бассейном первичного конденсата, при этом конденсатор соединён напорным трубопроводом с каплеуловителем, соединённым с турбодетандером и бассейном первичного конденсата, соединённым с оросителем водяной камеры и насосной станцией чистой воды.It is recommended to equip the condensate system with a drop eliminator and a primary condensate basin, while the condenser is connected by a pressure pipeline to a drop eliminator connected to a turbo expander and a primary condensate basin connected to a water chamber filler and a clean water pumping station.

Предпочтительно снабдить воздуховод, соединяющий водяную камеру с барботажными трубами, барботажным компрессором.Preferably, the duct connecting the water chamber to the bubble pipes is provided with a bubble compressor.

Рационально соединить насосную станцию охлаждающей воды напорным трубопроводом с каналом каналом сбросной воды ниже барботажных труб, а компрессор соединить напорным трубопроводом с каналом сбросной воды выше барботажных труб.It is rational to connect the cooling water pumping station with a pressure pipeline to the channel with a waste water channel below the bubble pipes, and connect the compressor with a pressure pipe to the waste water channel above the bubble pipes.

Рекомендуется соединить насосную станцию охлаждающей воды и конденсатор с внешней теплосистемой (АЭС, промпредприятия, населенные пункты и т.п.).It is recommended to connect the cooling water pumping station and the condenser to an external heating system (NPP, industrial enterprises, settlements, etc.).

Предпочтительно соединить ороситель водяной камеры напорным трубопроводом с бассейном вторичного конденсата.It is preferable to connect the water chamber sprinkler with a pressure pipeline to the secondary condensate pool.

Рационально разместить части воздуховодов, расположенные в канале сбросной воды, выше поверхности сбросной воды и снабдить их желобами, выполненными с возможностью сбора конденсата и соединёнными с трубопроводами для отвода конденсата вне канала сбросной воды.It is rational to place the parts of the air ducts located in the waste water channel above the surface of the waste water and provide them with gutters designed to collect condensate and connected to pipelines for condensate removal outside the waste water channel.

Преимуществами настоящего изобретения являются: обеспечение высокой производительности процесса получения пресной воды в любых условиях за счёт рекуперации тепловой энергии воды отводящего канала АЭС путем утилизации его влажного высокотемпературного выпара, повышение общего коэффициента использования тепла АЭС и снижение негативного воздействия сбросной воды на окружающую среду.The advantages of the present invention are: ensuring high productivity of the process of obtaining fresh water in any conditions due to the recovery of thermal energy of the water from the discharge channel of the NPP by utilizing its wet high-temperature vapor, increasing the overall heat utilization factor of the NPP and reducing the negative impact of waste water on the environment.

Размещение средства для забора воздуха в канале сбросной воды АЭС, в котором ниже поверхности воды расположены барботажные трубы, соединённые воздуховодом с водяной камерой, а также введение герметичной крыши канала сбросной воды позволяют обеспечить отбор влажного выпара из водыPlacement of means for air intake in the NPP waste water channel, in which bubbling pipes are located below the water surface, connected by an air duct to the water chamber, as well as the introduction of a sealed roof of the waste water channel make it possible to ensure the selection of wet vapor from the water

- 2 042215 сбросного канала АЭС и тем самым обеспечить высокую производительность процесса получения пресной воды в любых условиях, снизить температуру сбросной воды и её негативное воздействие на окружающую среду, а также позволяет повысить общий коэффициент использования тепла АЭС.- 2 042215 of the NPP discharge channel and thereby ensure high productivity of the process of obtaining fresh water in any conditions, reduce the temperature of the discharge water and its negative impact on the environment, and also makes it possible to increase the overall heat utilization factor of the NPP.

Краткое описание фигур чертежейBrief description of the figures of the drawings

На фиг. 1 представлена схема предпочтительного варианта конденсатной системы рекуперации энергосброса АЭС, включающей ядерную энергетическую установку 1, к которой присоединен канал сбросной воды 2, в канале 2 сбросной воды ниже уровня воды размещены барботажные трубы 3, соединённые с водяной камерой 13 посредством воздуховода холодного воздуха, воздушная часть сбросного канала соединена напорным воздуховодом с компрессором 4, который соединён с конденсатором 5, соединённым с насосной станцией охлаждающей воды 6, каплеуловителем 8 и бассейном первичного конденсата 7, каплеуловитель 8 соединён с бассейном первичного конденсата 7 и турбодетандером 9, соединённым с электрогенератором 10 и водяной камерой 13. Водяная камера 13, содержащая ороситель 14, соединена воздуховодом с ядерной энергетической установкой 1, с барботажным компрессором 15 и напорными трубопроводами - с бассейном первичного конденсата 7 и бассейном вторичного конденсата 12, который соединён с насосной станцией чистой воды 11, соединённой также с бассейном первичного конденсата 7, все соединения выполнены посредством напорных трубопроводов.In FIG. 1 shows a diagram of a preferred variant of the condensate recovery system of the NPP energy discharge, including a nuclear power plant 1, to which a waste water channel 2 is connected, in the waste water channel 2 below the water level there are bubbling pipes 3 connected to the water chamber 13 through a cold air duct, the air part of the discharge channel is connected by a pressure air duct to a compressor 4, which is connected to a condenser 5 connected to a cooling water pumping station 6, a drop eliminator 8 and a primary condensate pool 7, a drop eliminator 8 is connected to a primary condensate pool 7 and a turbo expander 9 connected to an electric generator 10 and a water chamber 13. The water chamber 13, containing the sprinkler 14, is connected by an air duct to a nuclear power plant 1, with a bubbling compressor 15 and pressure pipelines - with a primary condensate pool 7 and a secondary condensate pool 12, which is connected to a clean water pumping station 11, with also connected to the primary condensate pool 7, all connections are made through pressure pipelines.

На фиг. 2 представлены варианты выполнения канала 2 сбросной воды и размещения в нём труб воздуховода и барботажных труб 3. При частичном размещении труб воздуховода ниже поверхности сбросной воды происходит дополнительное охлаждение сбросной воды холодным воздухом, поступающим через воздуховод, а при размещении выше поверхности воды возможно размещение снизу воздуховода желобов, выполненных с возможностью сбора конденсата и передачи его по трубопроводам потребителю, что повышает производительность системы.In FIG. Figure 2 shows variants of the waste water channel 2 and the placement of air duct pipes and bubble pipes 3 in it. When the air duct pipes are partially placed below the waste water surface, the waste water is additionally cooled by cold air entering through the air duct, and when placed above the water surface, it is possible to place the air duct from below gutters designed to collect condensate and transfer it through pipelines to the consumer, which increases the performance of the system.

Конденсатная система рекуперации энергосброса АЭС в предпочтительном варианте работает следующим образом. При работе ядерной энергетической установки 1 для конденсации пара, покидающего турбину ядерной энергетической установки, используется охлаждающая вода из внешнего водоёма. В процессе теплообмена, проходя через трубный пучок конденсатора ядерной энергетической установки 1, охлаждающая вода нагревается на 5-10°С до температуры приблизительно 35°С, после чего по каналу 2 сбросной воды, в котором установлены барботажные трубы 3, сбрасывается обратно в море, реку, водохранилище или иной внешний водоём. Для повышения площади испарения в барботажные трубы 3 подаётся воздух, который может быть взят из окружающей среды, а в предпочтительном варианте изобретения подаётся по воздуховоду холодного обезвоженного воздуха из водяной камеры 13 посредством барботажного компрессора 15 и за счёт этого имеет меньшую температуру и влажность (относительная влажность около 20%, температура воздуха от -4°С до +8°С), чем сбросная вода. За счёт этого пузырьки воздуха, выходящие из барботажных труб 3 и проходящие через объём сбросной воды, принимают температуру воды сбросного канала и насыщаются влагой (влагосодержание выпара в пузырьках достигает 32,3г/кг или 39 г/м³ воздуха) и после выхода пузырьков на поверхность воды в сбросном канале 2 образуют влажный выпар (теплый воздух, насыщенный парами воды). Барботажные трубы 3 могут выполнены в различных вариантах, например, в виде перфорированных труб.The condensate recovery system of the nuclear power plant in the preferred embodiment operates as follows. During operation of the nuclear power plant 1, cooling water from an external reservoir is used to condense the steam leaving the turbine of the nuclear power plant. In the process of heat exchange, passing through the tube bundle of the condenser of the nuclear power plant 1, the cooling water is heated by 5-10°C to a temperature of approximately 35°C, after which it is discharged back into the sea through the waste water channel 2, in which bubble pipes 3 are installed, river, reservoir or other external body of water. To increase the evaporation area, air is supplied to the bubble pipes 3, which can be taken from the environment, and in the preferred embodiment of the invention it is fed through the cold dehydrated air duct from the water chamber 13 by means of a bubble compressor 15 and due to this it has a lower temperature and humidity (relative humidity about 20%, air temperature from -4°С to +8°С) than waste water. Due to this, air bubbles emerging from the bubble pipes 3 and passing through the volume of waste water take the temperature of the water of the discharge channel and are saturated with moisture (the moisture content of vapor in the bubbles reaches 32.3 g / kg or 39 g / m ³ of air) and after the bubbles exit to the surface of the water in the discharge channel 2 form wet evaporation (warm air saturated with water vapor). The bubbling pipes 3 can be made in different versions, for example, in the form of perforated pipes.

После прохождения мимо барботажных труб 3 сбросная вода с пониженной температурой возвращается по сбросному каналу 2 в море или иной внешний водоём, а влажный выпар через напорный воздуховод, вход которого размещён в воздушной части сбросного канала 2, поступает в компрессор 4, где за счёт адиабатического повышения давления дополнительно нагревается до температуры свыше 100°С, после чего через напорный воздуховод поступает в конденсатор 5. В конденсаторе 5 нагретый выпар под давлением контактирует через стенки теплообменных трубок/пластин с обратной водой теплосетей АЭС и любых близлежащих строений, либо с холодной придонной водой близлежащего водоёма, либо с водой, взятой с участков сбросного канала, предшествующих барботажным трубам 3, с помощью насосной станции морской воды 6. За счёт разницы в температурах выпара и морской воды на теплообменных трубках/пластинах конденсатора 5 происходит снижение температуры выпара до температур 10-18°С, т.е. ниже точки росы исходного воздуха, что приводит к частичному осаждению на поверхностях конденсатора 5 влаги, сбрасываемой затем в бассейн первичного конденсата 7 и представляющей собой пресную воду, соответствующую по своим качествам дождевой. Этот процесс соответствует первой, конденсационной стадии получения пресной воды с очисткой ее солей и примесей. После этого остающийся влажный выпар под давлением поступает по напорному воздуховоду в каплеуловитель 8, который может быть выполнен, например, в виде каплеуловителя щелевого типа, в котором происходит дальнейшее осаждение и очистка от солесодержащих примесей влаги, поступающей затем в бассейн первичного конденсата 7 и также представляющей собой пресную воду, соответствующую по своим качествам дождевой воде.After passing past the bubbling pipes 3, the low-temperature waste water returns through the discharge channel 2 to the sea or another external body of water, and the wet vapor through the pressure air duct, the inlet of which is located in the air part of the discharge channel 2, enters the compressor 4, where, due to the adiabatic increase pressure is additionally heated to a temperature of over 100°C, after which it enters condenser 5 through a pressure air duct. In condenser 5, heated vapor under pressure contacts through the walls of heat exchange tubes/plates with return water from NPP heating networks and any nearby buildings, or with cold bottom water of a nearby reservoir, or with water taken from the sections of the discharge channel preceding the bubble pipes 3, using the pumping station of sea water 6. Due to the difference in the temperatures of the vapor and sea water on the heat exchange tubes/plates of the condenser 5, the temperature of the vapor decreases to temperatures of 10-18 °С, i.e. below the dew point of the source air, which leads to partial precipitation of moisture on the surfaces of the condenser 5, which is then discharged into the primary condensate pool 7 and is fresh water, corresponding in its qualities to rainwater. This process corresponds to the first, condensation stage of obtaining fresh water with the purification of its salts and impurities. After that, the remaining wet vapor under pressure enters through the pressure air duct into the droplet eliminator 8, which can be made, for example, in the form of a slot-type droplet eliminator, in which further precipitation and purification of salt-containing impurities from moisture occurs, which then enters the primary condensate pool 7 and also represents It is fresh water of the same quality as rain water.

Полученный на первой ступени получения пресной воды первичный конденсат может быть использован для сельскохозяйственного орошения, для технических нужд, а также, в предпочтительном варианте изобретения, в работе самой конденсатной системы рекуперации энергосброса АЭС, как будет показано ниже.The primary condensate obtained at the first stage of fresh water production can be used for agricultural irrigation, for technical needs, and also, in the preferred embodiment of the invention, in the operation of the NPP energy recovery condensate recovery system itself, as will be shown below.

- 3 042215- 3 042215

Остающийся после отделения первичного конденсата влажный выпар из конденсатора 5 под давлением через напорный трубопровод попадает в турбодетандер 9, в котором производится его адиабатическое расширение со снижением давления и температуры при совершении работы на турбине турбодетандера 9, при этом выделенная энергия перерабатывается в электрическую с помощью генератора электрического тока 10, что также обеспечивает частичную рекуперацию энергии, затраченной компрессором 4 на первичное сжатие выпара. Резкое адиабатическое расширение влажного выпара в турбодетандере 9 приводит к охлаждению выпара до приблизительно -10°С и вымораживанию влаги, остающейся во влажном выпаре к данному моменту, что представляет собой вторую, криогенную ступень конденсации пара. Вымороженная влага, содержащая воздух и частицы снега и льда, поступает в водяную камеру 13.The wet vapor remaining after the separation of the primary condensate from the condenser 5 under pressure through the pressure pipeline enters the turbo expander 9, in which it is adiabatically expanded with a decrease in pressure and temperature during work on the turbine of the turbo expander 9, while the released energy is converted into electrical energy using an electric generator. current 10, which also provides partial recovery of the energy expended by the compressor 4 for the primary compression of the vapor. The abrupt adiabatic expansion of the wet vapor in the turboexpander 9 cools the vapor to approximately -10° C. and freezes out the moisture remaining in the wet vapor at this point, which is the second, cryogenic stage of steam condensation. Frozen moisture containing air and particles of snow and ice enters the water chamber 13.

В оросителе 14 водяной камеры 13 вымороженная влага проходит процесс орошения тёплой пресной водой, которая может быть подана в ороситель 14 по напорному трубопроводу из конденсатора 5, а в предпочтительном варианте изобретения подаётся в ороситель 14 по напорному трубопроводу из бассейна первичного конденсата 7, либо из бассейна вторичного конденсатора 12, что позволяет осуществить частичную рекуперацию тепла сбросной воды АЭС. В результате орошения происходит расплавление смеси воздуха, снега и льда с разложением её на вторичный конденсат, соответствующий по своим качествам дождевой воде, и охлаждённый обезвоженный воздух, подходящий для кондиционирования помещений АЭС и любых близлежащих строений, для чего используются напорные воздуховоды, присоединённые к водяной камере 13. Важным существенным отличием настоящего изобретения является соединение посредством воздуховода водяной камеры 13 с барботажными трубами 3, что, как было показано выше, позволяет повысить за счет большей площади испарения теплообмен барботажных пузырьков с водой канала 2 сбросной воды и тем самым обеспечить достижение технического результата настоящего изобретения, т.е. обеспечить высокую производительность процесса получения пресной воды в любых условиях за счёт рекуперации тепловой энергии отводящего канала АЭС, снизить негативное воздействие сбросной воды на окружающую среду и повысить общий коэффициент использования тепла АЭС. При этом высокочистый вторичный конденсат подаётся по трубопроводу в бассейн вторичного конденсата 12, после чего возможно его использование в качестве технической воды, для орошения близлежащих к АЭС территорий, а также и в системах водоснабжения населённых пунктов.In the sprinkler 14 of the water chamber 13, the frozen moisture is irrigated with warm fresh water, which can be supplied to the sprinkler 14 through the pressure pipeline from the condenser 5, and in the preferred embodiment of the invention it is supplied to the sprinkler 14 through the pressure pipeline from the primary condensate pool 7, or from the pool secondary condenser 12, which allows for partial heat recovery of NPP waste water. As a result of irrigation, a mixture of air, snow and ice melts and decomposes into secondary condensate, corresponding in quality to rainwater, and cooled dehydrated air, suitable for air conditioning of nuclear power plant premises and any nearby buildings, for which pressure air ducts connected to the water chamber are used. 13. An important significant difference of the present invention is the connection of the water chamber 13 with the bubbling pipes 3 by means of an air duct, which, as shown above, makes it possible to increase the heat exchange of bubbling bubbles with water of the waste water channel 2 due to a larger evaporation area and thereby ensure the achievement of the technical result of the present inventions, i.e. ensure high productivity of the process of obtaining fresh water in any conditions due to the recovery of thermal energy from the NPP outlet channel, reduce the negative impact of waste water on the environment and increase the overall heat utilization factor of NPP. At the same time, high-purity secondary condensate is fed through the pipeline to the pool of secondary condensate 12, after which it can be used as technical water, for irrigation of territories adjacent to the NPP, as well as in water supply systems of settlements.

При применении системы на АЭС/ТЭС с энергосбросом менее 1000 МВт становится выгодным применение системы рекуперации энергосброса без использования каплеуловителя 8. В этом случае применение влажный выпар после компрессора 5 поступает непосредственно на турбодетандер 9, откуда направляется в водяную камеру 13, где подвергается конденсации на второй ступени способом, раскрытым выше.When using the system at nuclear power plants / thermal power plants with an energy dump of less than 1000 MW, it becomes advantageous to use the energy dump recovery system without using a droplet eliminator 8. In this case, the use of wet vapor after the compressor 5 goes directly to the turbo expander 9, from where it is sent to the water chamber 13, where it is condensed on the second steps in the manner described above.

Для дополнительного влажности и температуры выпара возможно применение пассивных поплавковых крыльчаток, устанавливаемых в канале 2 сбросной воды с возможностью формирования развитого рельефа водной поверхности. В этом случае площадь поверхности испарения увеличивается, что повышает влажность и температуру выпара. При этом в случае значительной (более 300 м) длины канала 2 сбросной воды возможно раздельное применение барботажных труб 3 и поплавковых крыльчаток на различных участках канала 2 сбросной воды со сбором выпара с каждого участка согласно настоящему изобретению.For additional humidity and steam temperature, it is possible to use passive float impellers installed in the waste water channel 2 with the possibility of forming a developed relief of the water surface. In this case, the evaporation surface area increases, which increases the humidity and temperature of the vapor. At the same time, in the case of a significant (more than 300 m) length of the waste water channel 2, it is possible to separately use bubble pipes 3 and float impellers in different sections of the waste water channel 2 with the collection of steam from each section according to the present invention.

В варианте изобретения насосная станция морской воды может быть соединена напорным трубопроводом с каналом 2 сбросной воды ниже барботажных труб 3, а компрессор - выше барботажных труб 3. Это позволяет осуществить дополнительный теплообмен между конденсатором 5 и каналом 2 сбросной воды, что дополнительно снижает температуру сбросной воды.In an embodiment of the invention, the sea water pumping station can be connected by a pressure pipeline to the waste water channel 2 below the bubble pipes 3, and the compressor - above the bubble pipes 3. This allows for additional heat exchange between the condenser 5 and the waste water channel 2, which further reduces the temperature of the waste water .

Кроме того, согласно ещё одному варианту изобретения, возможно соединение конденсатора 4 и насосной станции охлаждающей воды 6 с внешней теплосистемой, например, городской отопительной системой. В этом случае конденсация выпара на конденсаторе 4 будет происходить с нагревом воды для городской системы отопления, что дополнительно повысит общий коэффициент использования тепла АЭС.In addition, according to another embodiment of the invention, it is possible to connect the condenser 4 and the cooling water pump station 6 to an external heating system, such as a city heating system. In this case, vapor condensation on condenser 4 will occur with water heating for the city heating system, which will further increase the overall heat utilization factor of the NPP.

Расчёты показывают высокую эффективность применения настоящего изобретения. При оценочных габаритах (фиг. 2) канала 2 сбросной воды: ширине - 10 м, высоте - 6 м, длине - 800 м и глубине воды в канале - 3 м расход воды в канале сбросной воды 2 составляет 66 т/с. Подводные перфорированные барботажные трубы (100 труб, каждая в сечении 0.07 м²) расположены на дне (поперек оси) сбросного канала на расстоянии 1 м и более друг от друга, соединяют магистральные трубы и обеспечивают процесс выпуска воздуха равномерно в объеме 400 м³/с и более. В предпочтительном варианте канал сбросной воды 2 может быть разбит на участки длиной по 100м решетчатыми перегородками, не мешающими движению воды, но разделяющими воздушное пространство участков канала. Забор влажного выпара в этом случае производится из каждого участка, влажный выпар может подаваться на отдельные конденсатные станции, каждая из которых содержит блоки 4-15 настоящего изобретения. В объем сбросной воды каждого участка канала 2 подается средствами барботирования воздух с расходом 1000 м³/с от выхода конденсатной станции (относительная влажность 20%, температура воздуха от -4 до +8°С). Воздух, проходя в виде пузырьков толщу воды отводящего канала, принимает температуру воды (35°С), при этомThe calculations show the high efficiency of the application of the present invention. With estimated dimensions (Fig. 2) of the waste water channel 2: width - 10 m, height - 6 m, length - 800 m and water depth in the channel - 3 m, the water flow in the waste water channel 2 is 66 t/s. Underwater perforated bubbling pipes (100 pipes, each with a cross section of 0.07 m ² ) are located at the bottom (across the axis) of the discharge channel at a distance of 1 m or more from each other, connect the main pipes and ensure the process of air release evenly in a volume of 400 m ³ /s and more. In the preferred embodiment, the waste water channel 2 can be divided into sections 100 m long with lattice partitions that do not interfere with the movement of water, but separate the air space of the channel sections. The intake of wet flash in this case is made from each site, wet flash can be supplied to separate condensate stations, each of which contains blocks 4-15 of the present invention. In the volume of waste water of each section of the channel 2 is supplied by bubbling air with a flow rate of 1000 m ³ /s from the outlet of the condensate station (relative humidity 20%, air temperature from -4 to +8°C). The air, passing in the form of bubbles through the water column of the discharge channel, takes the temperature of the water (35 ° C), while

- 4 042215 влагосодержание выпара достигает величины 32.3 г/кг или 39 г/м³ (воздуха). При этом производительность (по пресной воде) одной конденсатной системы составит более 3 тыс. т/сутки. В случае отводящего канала с 6 конденсатными станциями предпочтительного варианта рекуперации энергосброса обеспечит снижение температуры сбросной воды более чем на 3°С.- 4 042215 moisture content of vapor reaches 32.3 g/kg or 39 g/m ³ (air). At the same time, the productivity (in terms of fresh water) of one condensate system will be more than 3 thousand tons / day. In the case of a discharge channel with 6 condensate stations, the preferred energy recovery option will reduce the temperature of the waste water by more than 3°C.

Промышленная применимостьIndustrial Applicability

Конденсатная система рекуперации энергосброса атомной электростанции позволяет существенно повысить производительность процесса получения пресной воды за счёт рекуперации тепловой энергии сбросной воды АЭС, снизить негативное воздействие сбросной воды на окружающую среду и повысить общий коэффициент использования тепла АЭС.The condensate recovery system of the nuclear power plant's energy discharge makes it possible to significantly increase the productivity of the fresh water production process due to the recovery of the thermal energy of the NPP waste water, reduce the negative impact of waste water on the environment and increase the overall NPP heat utilization factor.

Claims

CLAIM

1. The condensate recovery system of the nuclear power plant energy discharge, including an air intake facility, a compressor, a condenser, a water chamber equipped with a sprinkler, an electric current generator, a clean water pumping station, a cooling water pumping station, a secondary condensate pool and a turboexpander, the air intake facility is connected with a compressor connected to a condenser connected to a turbo-expander equipped with an electric current generator and connected to a water chamber connected to a secondary condensate basin, a secondary condensate basin is connected to a clean water pumping station, a condenser is connected to a cooling water pumping station, and all connections are made in the form of pressure pipelines, characterized in that the means for air intake is located in the waste water channel of the nuclear power plant, connected to the nuclear power plant, and the waste water channel is provided with a sealed roof and bubble pipes located below surface of waste water and connected air ducts with a water chamber.

2. The system according to claim 1, characterized in that the waste water channel has an effective area of at least 2000 m ² for every 100 m of length.

3. The system according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a drop eliminator and a primary condensate pool, the condenser is connected by a pressure pipeline to a drop eliminator, which is connected to a turboexpander and a primary condensate pool connected to a water chamber sprinkler and a clean water pumping station.

4. The system according to claim 1, characterized in that a bubble compressor is installed in the air duct connecting the water chamber with the bubble pipes.

5. The system according to claim 1, characterized in that the pumping station of the cooling water is connected by a pressure pipeline to the waste water channel below the bubble pipes, the compressor is connected by a pressure pipeline to the waste water channel above the bubble pipes.

6. System according to claim 3, characterized in that the cooling water pumping station and the condenser are connected to an external heating system.

7. The system according to claim 1, characterized in that the water chamber sprinkler is connected by a pressure pipeline to the pool of secondary condensate.

8. The system according to claim 1, characterized in that the parts of the air ducts located in the waste water channel are placed above the surface of the waste water and are provided with gutters from below, made with the possibility of condensate discharge and connected to pipelines for condensate removal outside the waste water channel.