RU2034191C1

RU2034191C1 - System for taking heat off power plant

Info

Publication number: RU2034191C1
Application number: RU93011701A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Филимонов; И.Н. Острецов; Л.Н. Фальковский; П.В. Берляев
Original assignee: Филимонов Юрий Валентинович
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: system has air duct provided with inlet and outlet paths and cooling surface with cooled path being connected to a power plant. The inlet path of the air duct is made up as initial and end lifting part. The cooling surface is positioned in the initial part. The outlet path of the air duct is constructed as interconnected initial and end lifting parts. The system also has a reservoir filled with cooling water and heat exchanger which underlies the reservoir. The inlet and outlet path of the air duct are interconnected via the reservoir. The cooled path of the heat exchanger is connected to the power plant. The cooling path of the heat exchanger is connected to the bottom part of the reservoir through lowering pipe and to initial part of the inlet path of the air duct through the lifting pipe. The end part of the inlet path of the air duct and initial part of its outlet path are positioned above the reservoir and separated by a baffle embedded into it. The baffle and the bottom of the reservoir define an opening. EFFECT: enhanced heat withdrawing. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных станциях теплоснабжения. The invention relates to energy and can be used at nuclear power plants.

Известна система отвода тепла от энергоустановки, содержащая поверхность охлаждения, подключенную к энергоустановке и размещенную в корпусе с водоподводящим патрубком, и бак с водоотводящим и пароотводящим патрубками, предназначенный для хранения запаса технической воды, причем корпус соединен с баком опускной трубой, подключенной к нижней части бака, и отводящей трубой, заведенной в верхнюю часть бака. Расхолаживание осуществляется путем теплоотвода к технической воде, либо при ее подаче по водоподводящему патрубку и отводе по водоотводящему, либо без подвода техводы за счет выпаривания ее запаса в баке с отводом пара по пароотводящему патрубку. A known system of heat removal from a power plant, comprising a cooling surface connected to a power plant and housed in a housing with a water supply pipe, and a tank with a water drain and steam pipe, designed to store a supply of process water, and the housing is connected to the tank by a drain pipe connected to the bottom of the tank , and a discharge pipe brought into the top of the tank. Cooling is carried out by means of heat removal to process water, either when it is supplied through a water supply pipe and drain through a water discharge pipe, or without supplying a technical pipe due to evaporation of its stock in a tank with steam removal through a steam discharge pipe.

Недостатком такой системы является ограниченный запас воды в баке и невозможность расхолаживания энергоустановки в режиме отвода тепла с кипением техводы до температуры ниже 100^оС.The disadvantage of this system is the limited supply of water in the tank and in the impossibility of power plant cooldown heat removal mode with boiling service water to a temperature below 100 ° ^C.

К изобретению наиболее близким техническим решением из известных является система отвода тепла от энергоустановки, содержащая воздуховод с входным и выходным трактами и поверхность охлаждения, подключенную своим охлаждаемым трактом к энергоустановке, причем входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного и конечного участков, в первом из которых размещена поверхность охлаждения, а выходной тракт воздуховода выполнен в виде соединенных между собой начального и конечного подъемных участков, при этом в воздухозаборном коробе установлен поворотный шибер с приводом, подключенным через арматуру к энергоустановке. The closest technical solution known to the invention is a heat removal system from a power plant, comprising a duct with inlet and outlet ducts and a cooling surface connected to a power plant with its cooled path, the duct inlet duct being made in the form of an initial lifting and an end section, in the first of which the cooling surface is located, and the outlet duct of the duct is made in the form of interconnected initial and final lifting sections, while in the intake a rotary gate with a drive connected through a valve to a power plant is installed in the box.

Недостатком такой системы является повышенная надежность из-за пониженной степени пассивности, обусловленной использованием для включения системы в работу устройств с активными (движущимися) элементами поворотного шибера, привода, арматуры. The disadvantage of this system is the increased reliability due to the reduced degree of passivity due to the use of devices with active (moving) elements of a rotary gate, actuator, and armature to turn the system into operation.

Целью изобретения является повышение надежности системы отвода тепла от энергоустановки путем повышения степени ее пассивности. The aim of the invention is to increase the reliability of the heat removal system from a power plant by increasing its passivity.

Это достигается тем, что система отвода тепла от энергоустановки, содержащая воздуховод с входным и выходным трактами и поверхность охлаждения, подключенную своим охлаждаемым трактом к энергоустановке, причем входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного и конечного участка, в первом из которых размещена поверхность охлаждения, а выходной тракт воздуховода выполнен в виде соединенных между собой начального и конечного подъемных участков, дополнительно содержит бассейн охлаждающей воды, через полость которого входной и выходной тракты воздуховода соединены между собой, и размещенный ниже бассейна теплообменник, подключенный охлаждаемым трактом к энергоустановке и соединенный своим охлаждающим трактом посредством опускной и подъемной труб соответственно с нижней частью полости бассейна и начальным участком выходного тракта воздуховода, причем конечный участок входного тракта последнего и начальный участок его выходного тракта расположены над бассейном и отделены один от другого посредством перегородки, заведенной в бассейн и образующей проем с днищем последнего. This is achieved by the fact that the heat removal system from the power plant, comprising a duct with inlet and outlet ducts and a cooling surface connected by its cooled path to the power plant, wherein the duct duct is made in the form of an initial lifting and end section, the first of which contains a cooling surface, and the outlet duct of the duct is made in the form of interconnected initial and final lifting sections, further comprises a cooling water pool, through the cavity of which th and outlet ducts of the duct are interconnected, and a heat exchanger located below the pool, connected by the cooled duct to the power plant and connected by its cooling path through the lowering and lifting pipes, respectively, to the lower part of the pool cavity and the initial portion of the duct outlet duct, and the final portion of the last duct inlet duct and the initial section of its exit tract is located above the pool and is separated from each other by means of a partition introduced into the pool and forming an opening with the bottom of the last.

Кроме того, выходной тракт воздуховода может быть выполнен с опускным каналом, посредством которого его начальный и конечный участки соединены между собой. In addition, the outlet duct of the duct can be made with a lowering channel, through which its initial and final sections are interconnected.

Кроме того, поверхность охлаждения и теплообменник своими охлаждаемыми трактами могут быть последовательно соединены между собой, причем теплообменник может быть размещен ниже поверхности охлаждения. In addition, the cooling surface and the heat exchanger with their cooled paths can be connected in series with each other, and the heat exchanger can be placed below the cooling surface.

Кроме того, система может дополнительно содержать устройство сбора конденсата пара охлаждающей воды, соединенное с бассейном и выполненное в виде установленных на стенках выходного тракта воздуховода желобов, расположенных выше бассейна и соединенных друг с другом. In addition, the system may further comprise a cooling water vapor condensate collecting device connected to the pool and made in the form of gutters mounted on the walls of the outlet duct of the duct located above the pool and connected to each other.

Данная система предназначена для работы в составе энергоустановки при постоянной циркуляции теплоносителя последней через охлаждаемые тракты поверхности охлаждения и теплообменника. В рабочем режиме энергоустановки ее тепло отводится потребителю и не требуется отвода тепла через систему, при этом температура теплоносителя энергоустановки на входе в систему ниже температуры кипения охлаждающей воды в теплообменнике. В этом режиме работы теплообмен между энергоустановкой и системой отвода тепла отсутствует благодаря тому, что нет движения охлаждающего воздуха по воздуховоду и охлаждающей воды по контуру "теплообменник подъемная труба бассейн опускная труба теплообменник". Отсутствие движения воздуха обеспечивается гидрозатвором, который образуется бассейном, через полость которого входной и выходной тракты воздуховода соединены между собой, а также благодаря тому, что конечный участок входного тракта воздуховода и начальный участок выходного тракта последнего распложены над бассейном и отделены один от другого посредством перегородки, заведенной в бассейн. Отсутствие движения охлаждающей воды по упомянутому выше контуру обеспечивается тем, что теплообменник своим охлаждающим трактом посредством подъемной трубы соединен с начальным участком выходного тракта воздуховода, расположенным над бассейном, что обеспечивает разрыв упомянутого контура. This system is designed to work as part of a power plant with constant circulation of the heat carrier through the cooled paths of the cooling surface and heat exchanger. In the operating mode of the power plant, its heat is removed to the consumer and heat removal through the system is not required, while the temperature of the heat carrier of the power plant at the system inlet is lower than the boiling temperature of cooling water in the heat exchanger. In this mode of operation, there is no heat exchange between the power plant and the heat removal system due to the fact that there is no movement of cooling air through the duct and cooling water along the "heat exchanger lift pipe pool lower pipe heat exchanger" circuit. The absence of air movement is ensured by a water lock, which is formed by the pool, through the cavity of which the inlet and outlet ducts of the duct are interconnected, and also due to the fact that the final section of the duct’s inlet duct and the initial section of the latter’s outlet duct are located above the pool and are separated from each other by a partition, wound up in the pool. The absence of movement of cooling water along the aforementioned circuit is ensured by the fact that the heat exchanger is connected by means of a lifting pipe to the initial section of the outlet duct of the duct located above the pool, which ensures a rupture of the above circuit.

В режим работы, когда требуется отвод тепла от энергоустановки через систему, потребитель отключается и температура теплоносителя повышается. В теплообменнике начинается теплоотвод с кипением охлаждающей воды, пар через подъемную трубу поступает в начальный участок выходного тракта воздуховода, а вода из бассейна по опускной трубе движется в теплообменник. По мере вскипания охлаждающей воды и понижения ее уровня в бассейне открывается гидрозатвор и к процессу теплоотвода подключается поверхность охлаждения, размещенная в воздуховоде, где воздух после открытия гидрозатвора циркулирует за счет естественной тяги. In the operating mode, when heat removal from the power plant through the system is required, the consumer turns off and the temperature of the coolant rises. In the heat exchanger, heat removal begins with the boiling cooling water, steam through the riser pipe enters the initial section of the outlet duct of the duct, and water from the pool through the drain pipe moves into the heat exchanger. As the cooling water boils and its level drops in the pool, a water lock opens and a cooling surface connected to the air duct is connected to the heat removal process, where the air circulates after opening the water lock due to natural draft.

Пассивное включение системы обеспечивается тем, что перегородка, образующая гидрозатвор, заведена в бассейн с образованием проема с днищем бассейна. Снижение уровня охлаждающей воды обеспечивается наличием в системе размещенного ниже бассейна теплообменника, который охлаждаемым трактом подключен к энергоустановке, а нагреваемым трактом к бассейну. В этом теплообменнике происходит превращение охлаждающей воды в пар, который выбрасывается в окружающую среду. The passive inclusion of the system is ensured by the fact that the partition forming the hydraulic lock is brought into the pool with the formation of an opening with the bottom of the pool. A decrease in the level of cooling water is ensured by the presence in the system of a heat exchanger located below the pool, which is connected to the power plant by the cooled path and to the pool by the heated path. In this heat exchanger, cooling water is converted to steam, which is released into the environment.

Таким образом, благодаря совокупности отличительных признаков, у предлагаемой системы отвода тепла появляется новое свойство, ведущее к достижению нового положительного эффекта, заключающегося в повышении надежности путем повышения степени пассивности. Thus, due to the combination of distinctive features, the proposed heat removal system has a new property leading to the achievement of a new positive effect, which consists in increasing reliability by increasing the degree of passivity.

На чертеже изображена система отвода тепла от энергоустановки, общий вид. The drawing shows a system for removing heat from a power plant, a general view.

Система отвода тепла от энергоустановки содержит воздуховод с входным и выходным трактами. Входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного участка 1 и конечного участка 2, отделенных один от другого перегородкой 3, примыкающей к нижней и боковым стенкам воздуховода и расположенной с образованием перепускного проема 4 относительно его верхней стенки. Выходной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного участка 5 и конечного подъемного участка 6, соединенных между собой посредством опускного канала 7. Участки 5 и 6 отделены один от другого посредством перегородки 8, примыкающей к верхней и боковым стенкам воздуховода и установленной с образованием перепускного проема 9 относительно его нижней стенки. The heat removal system from the power plant contains an air duct with inlet and outlet ducts. The inlet duct of the duct is made in the form of an initial lifting section 1 and an end section 2, separated from each other by a partition 3, adjacent to the lower and side walls of the duct and located with the formation of the bypass opening 4 relative to its upper wall. The outlet duct of the duct is made in the form of an initial lifting section 5 and an end lifting section 6, interconnected by means of a lowering channel 7. Sections 5 and 6 are separated from each other by a partition 8 adjacent to the upper and side walls of the duct and installed with the formation of a bypass opening 9 relative to its bottom wall.

Входной и выходной тракты воздуховода расположены над бассейном 10 и отделены один от другого посредством перегородки 12, заведенной в бассейн 10 и образующей проем с днищем последнего. Бассейн 10 заполнен охлаждающей водой таким образом, чтобы нижний край перегородки 12 оказался под уровнем воды. При этом образуется гидрозатвор: пока нижний край перегородки 12 находится под уровнем воды бассейна 10 воздух не может проходить из участка 2 в участок 5 воздуховода, а при снижении этого уровня между ним и перегородкой 12 образуется проем для прохода воздуха гидрозатвор открывается. The inlet and outlet ducts of the duct are located above the pool 10 and are separated from each other by means of a partition 12, introduced into the pool 10 and forming an opening with the bottom of the latter. The pool 10 is filled with cooling water so that the lower edge of the partition 12 is below the water level. In this case, a water lock is formed: while the lower edge of the partition 12 is under the water level of the pool 10, air cannot pass from section 2 to the air duct section 5, and when this level decreases, an air gap opens between it and the partition 12.

В начальном подъемном участке 1 входного тракта воздуховода размещена поверхность 13 охлаждения, а ниже бассейна размещен теплообменник 14, соединенный своим охлаждающим трактом посредством опускной трубы 15 с нижней частью полости бассейна 10 и посредством трубы 16 с начальным участком 5 выходного тракта воздуховода. Поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 своими охлаждаемыми трактами подключены к энергоустановке. При этом поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 своими охлаждаемыми трактами последовательно соединены между собой, причем теплообменник 14 размещен ниже поверхности 13 охлаждения и последняя предвключена по ходу охлаждаемого теплоносителя энергоустановки относительно теплообменника 14. Такое расположение теплообменника 14 более предпочтительно и оно показано на чертеже. Однако возможно размещение теплообменника 14 выше поверхности 13 охлаждения, но в этом случае теплообменник 14 должен быть предвключен по ходу охлаждаемого теплоносителя энергоустановки относительно поверхности 13. In the initial lifting section 1 of the inlet duct, a cooling surface 13 is placed, and a heat exchanger 14 is located below the pool, connected by its cooling path through the lowering pipe 15 to the lower part of the pool cavity 10 and through the pipe 16 to the initial portion 5 of the outlet duct. The cooling surface 13 and the heat exchanger 14 with their cooled paths are connected to the power plant. The cooling surface 13 and the heat exchanger 14 are connected in series with each other by cooling paths, the heat exchanger 14 being placed below the cooling surface 13 and the latter being switched upstream of the cooled heat carrier of the power plant relative to the heat exchanger 14. This arrangement of the heat exchanger 14 is more preferable and is shown in the drawing. However, it is possible to place the heat exchanger 14 above the cooling surface 13, but in this case, the heat exchanger 14 must be upstream along the cooled coolant of the power plant relative to the surface 13.

Система может содержать устройство сбора конденсата пара охлаждающей воды, соединенное с бассейном 10 и выполненное в виде установленных на стенках выходного тракта воздуховода желобов 17 и 18, расположенных выше бассейна 10 и соединенных друг с другом. Начальный участок 1 входного тракта воздуховода посредством воздухоподвода 19 подключен к окружающему пространству. The system may include a cooling water vapor condensate collection device connected to the pool 10 and made in the form of grooves 17 and 18 mounted on the walls of the outlet duct of the duct, located above the pool 10 and connected to each other. The initial section 1 of the inlet duct of the duct through the air supply 19 is connected to the surrounding space.

Система отвода тепла от энергоустановки работает следующим образом. The heat removal system from a power plant operates as follows.

В работе системы следует различать два режима. Режим ожидания, когда через поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 циркулирует теплоноситель энергоустановки с температурой, не превышающей точку кипения охлаждающей воды в теплообменнике 14, что обеспечивается отводом тепла к потребителю энергоустановки, подключенному к последней перед входом в систему отвода тепла по ходу движения теплоносителя энергоустановки. При этом отвод тепла в системе без учета тепловых потерь в режиме ожидания отсутствует, так как отсутствует движение охлаждающих воды и воздуха соответственно через трубы 15, 16 и входной тракт воздуховода. Отсутствие движения воды через трубы 15 и 16 обеспечивается размещением конца последней трубы в начальном участке 5 выходного тракта воздуховода, а отсутствие движения воздуха наличием гидрозатвора. При этом для предотвращения возникновения естественной циркуляции воздуха во входном тракте воздуховода, что привело бы к потере тепла, поверхность 13 охлаждения размещена в подъемном участке 1, выполненном во входном тракте воздуховода. Теплообменник 14 и участок 1 воздуховода находятся в разогретом состоянии, определяемом температурой теплоносителя энергоустановки. Температура охлаждающей воды в бассейне 10 определяется темпеpатурным режимом данного помещения и не зависит от температуры воды в теплообменнике 14 из-за отсутствия циркуляции воды по подводящей и отводящей трубам 15 и 16. Опускной канал 7 образует паровоздушный замок, препятствующий циркуляции воздуха в выходном тракте воздуховода и снижающей потери тепла и воды бассейном 10. The system should distinguish between two modes. The standby mode, when the coolant of the power plant circulates through the cooling surface 13 and the heat exchanger 14 with a temperature not exceeding the boiling point of the cooling water in the heat exchanger 14, which is ensured by heat removal to the consumer of the power plant connected to the latter before entering the heat removal system in the direction of the heat carrier of the power plant. At the same time, there is no heat removal in the system without taking into account heat losses in the standby mode, since there is no movement of cooling water and air, respectively, through pipes 15, 16 and the inlet duct of the duct. The absence of water movement through the pipes 15 and 16 is ensured by the placement of the end of the last pipe in the initial section 5 of the outlet duct, and the absence of air movement by the presence of a water seal. Moreover, to prevent the occurrence of natural air circulation in the inlet duct of the duct, which would lead to heat loss, the cooling surface 13 is located in the lifting section 1, made in the inlet duct of the duct. The heat exchanger 14 and the duct section 1 are in a pre-heated state, determined by the temperature of the coolant of the power plant. The temperature of the cooling water in the pool 10 is determined by the temperature regime of this room and does not depend on the temperature of the water in the heat exchanger 14 due to the lack of water circulation through the inlet and outlet pipes 15 and 16. The downcomer channel 7 forms a steam-air lock preventing air circulation in the outlet duct of the duct and reducing heat and water losses by the pool 10.

При аварийной ситуации или предусмотренном регламентом случае, когда отключается потребитель энергоустановки, температура теплоносителя последней на входе в систему расхолаживания повышается и охлаждающая вода, проходящая через теплообменник 14, начинает кипеть, а пар или пароводяная смесь поступает по подъемной трубе 16 в начальный участок выходного тракта воздуховода. Далее пар по выходному тракту воздуховода выходит в окружающую среду. По мере выпаривания воды и понижения ее уровня в бассейне 10 открывается гидрозатвор и соединяются по воздуху входной и выходной тракты воздуховода. При этом предварительный прогрев паром выходного тракта обеспечивает развитие естественной циркуляции воздуха в воздуховоде от входного к выходному тракту. Таким образом, и поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 оказываются включенными в работу. После выкипания охлаждающей воды в работе остается только поверхность 13 охлаждения. Такой порядок включения в работу системы оптимальным образом сочетается с величиной остаточных энерговыделений при расхолаживании атомной энергоустановки, когда переход на отвод только поверхностью, охлаждаемой воздухом, с более низкими теплотехническими характеристиками соответствует пониженной мощности остаточных энерговыделений атомной энергоустановки, изменяющихся по экспоненциальному закону. Процесс расхолаживания при отводе тепла воздухом не ограничен во времени и позволяет понизить температуру теплоносителя энергоустановки до величин менее 100^оС.In an emergency or in the case provided for by the regulation, when the consumer of the power plant is turned off, the temperature of the heat carrier at the entrance to the cooling system rises and the cooling water passing through the heat exchanger 14 starts to boil, and the steam or steam-water mixture flows through the riser pipe 16 to the initial section of the outlet duct of the duct . Next, the steam in the outlet duct of the duct goes into the environment. As the water evaporates and its level drops in the pool 10, a water lock opens and the inlet and outlet ducts of the duct are connected through the air. In this case, the steam preheating of the outlet tract ensures the development of natural air circulation in the duct from the inlet to the outlet duct. Thus, both the cooling surface 13 and the heat exchanger 14 are included in the operation. After boiling off the cooling water, only the cooling surface 13 remains in operation. This order of inclusion in the operation of the system is optimally combined with the value of the residual energy released during cooling of the nuclear power plant, when the transition to the drain only by a surface cooled by air, with lower thermal characteristics, corresponds to a reduced power of the residual energy released by the nuclear power plant, which varies exponentially. The process of cooldown during heat removal by air is not limited in time and allows you to lower the temperature of the coolant of the power plant to values less than 100 ^about C.

В данной системе отвода тепла отсутствуют устройства с активными (движущимися) элементами для включения ее в работу, что повышает степень пассивности системы и ее надежность. In this system of heat removal there are no devices with active (moving) elements for inclusion in the work, which increases the degree of passivity of the system and its reliability.

Claims

1. SYSTEM OF HEAT REMOVAL FROM POWER INSTALLATION, comprising a duct with inlet and outlet ducts and a cooling surface connected by its path to the power plant, the duct inlet duct being made in the form of the initial lifting and end sections, the first of which contains the cooling surface, and the duct outlet duct made in the form of interconnected initial and final lifting sections, characterized in that it further comprises a cooling water pool, through the cavity of which the inlet and outlet the duct paths are interconnected, and a heat exchanger located below the pool is connected to the power plant by the cooled path and connected by its cooling path to the lower part of the pool cavity and the duct outlet duct, respectively, with the lower part of the pool cavity and the final part of the input path of the latter and the initial part of its output tracts are located above the pool and are separated from each other by means of a partition introduced into the pool and forming an opening with the bottom of the latter.

2. The system according to claim 1, characterized in that the outlet duct of the duct is made with a lowering channel, by means of which its initial and final sections are interconnected.

3. The system of claims. 1 and 2, characterized in that the heat exchanger is connected by its lifting pipe to the outlet duct of the duct in the area of its initial section.

4. The system of claims. 1 to 3, characterized in that the cooling surface and the heat exchanger with their cooled paths are connected in series with each other, and the heat exchanger is located below the cooling surface.

5. The system according to claims 1 to 4, characterized in that it further comprises a cooling water vapor condensate collecting device connected to the pool and made in the form of gutters mounted on the walls of the outlet duct of the duct located above the pool and connected to each other.