RU2347917C2 - Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором - Google Patents
Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347917C2 RU2347917C2 RU2007110724/06A RU2007110724A RU2347917C2 RU 2347917 C2 RU2347917 C2 RU 2347917C2 RU 2007110724/06 A RU2007110724/06 A RU 2007110724/06A RU 2007110724 A RU2007110724 A RU 2007110724A RU 2347917 C2 RU2347917 C2 RU 2347917C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- gas
- turbine
- water
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к комбинированным парогазовым энергоустановкам. Согласно изобретению в комбинированной парогазовой энергоустановке с ядерным реактором, осуществляющей паровой и газовый циклы, пар как рабочее тело участвует как в паровом цикле, так и в газовом. Пар расширяется в паровой турбине, затем, после выхода из паровой турбины, смешивается с газом и нагревается до высокой температуры в газовой турбине. Пар с газом, выходящие из газовой турбины, являются источником тепла для нагрева жидкости, испарения и перегрева пара, превращаясь в результате регенерации тепла при этом в воду, которая возвращается в паровой цикл, и отделившийся от воды газ, который возвращается в газовый цикл. Изобретение позволяет повысить эффективность установки за счет того, что питательная вода подается в паровой цикл при температуре, близкой к температуре кипения, а также за счет расширения в газовом цикле не только газа, но и пара. Для предлагаемого термодинамического цикла КПД составляет около 0,65-0,67, т.е. на 10-13% выше существующих самых усовершенствованных комбинированных парогазовых энергоустановок. 1 ил.
Description
Изобретение относится к источникам энергии и может быть использовано в энергетических установках, преобразующих тепло в механическую энергию и далее в электрическую, использующих сжатые газы, а именно к комбинированным энергоустановкам с ядерным реактором.
Известна газотурбинная энергоустановка с ядерным реактором [1], включающая реактор, компрессор, газовую турбину, электрический генератор, теплообменник и газоохладитель. В этой энергоустановке газ периодически сжимается компрессором и подается в ядерный реактор, где нагревается до заданной температуры, затем этот газ расширяется, с целью получения механической энергии на газовой турбине.
Основными недостатками таких энергоустановок является большая работа, затрачиваемая на сжатие газа в компрессоре, и неэффективная утилизация тепла, что приводит к низкому КПД энергоустановок такого типа.
Известна комбинированная энергоустановка с ядерным реактором, взятая за прототип [2], включающая ядерный реактор, компрессор, газовую турбину с электрическим генератором, теплообменник, парогенератор, насос, паровую турбину с электрическим генератором и конденсатор. Эта комбинированная парогазовая энергоустановка работает следующим образом.
Газ с температурой, обеспечивающей прочность лопаток турбины, например ~900°С, из ядерного реактора и с давлением 1,0-1,5 МПа, поступает на лопатки газовой турбины. При падении давления на выходе из газовой турбины до (0,3-0,4) МПа температура газа на выходе упадет приблизительно до 650°С. Газ, с температурой 650°С, поступает сначала в теплообменник, затем в парогенератор. В результате этого вода, которая сжимается насосом, нагревается, испаряется и перегревается за счет теплоты газа, выходящего из газовой турбины. Перегретый пар поступает в паровую турбину, преобразовывая тепло в электрическую энергию. Высокая эффективность этой установки связана с тем, что тепло рабочего тела газотурбинной установки утилизируется в паротурбинной установке.
Основными недостатками энергоустановки с ядерным реактором, взятой за прототип, являются:
1) неэффективное использование пара, на образование которого тратится очень много тепла;
2) в прототипе, для достижения температуры рабочего тела, обеспечивающей работоспособность лопаток турбины, необходим избыток газа, так как в современных турбинах верхняя температура рабочего тела, ограниченная прочностью лопаток турбины, не должна превышать ~900°С. Для достижения температуры рабочего тела, обеспечивающей работоспособность лопаток турбины, необходимо приблизительно пятикратное увеличение количество газа для того, чтобы температура рабочего тела, получаемая от источника тепла с температурой ~2500°С, не превышала ~900°С.
Таким образом, задачей нового технического решения является увеличение эффективности энергоустановки за счет использования в процессе расширения в ГТУ не избытка газа, а пара, что приведет к значительному увеличению КПД и эффективности всей энергоустановки.
Это связано с тем, что газовая постоянная пара R=461,9 Дж/кг·град, а газовая постоянная инертного газа, который применяется в такого типа энергоустановоках например гелиево-ксеноновой смеси, R=99,2 Дж/кг·град. Поэтому для газовой турбины смесь пара с гелиевоксеноновой смесью является значительно более эффективным рабочим телом.
Таким образом, задачей нового технического решения является разработка такой комбинированной энергоустановки с ядерным реактором, в которой в газотурбинном цикле при расширении можно было бы использовать, гелиево-ксеноновую смесь с паром, выходящим из паровой турбины, для достижения температуры рабочего тела, обеспечивающей работоспособность лопаток турбины.
Задача решается совокупностью всех существенных признаков, а именно в комбинированную энергоустановку с ядерным реактором, содержащую источник тепла, вход которого соединен с выходом компрессора, газовую турбину с генератором тока, паровую турбину с генератором тока, парогенератор, теплообменник нагрева пара, конденсатор с газовой и жидкостной полостями, на магистрали выхода воды из жидкостной полости конденсатора установлен насос, соединенный с входом по воде парогенератора, при этом выход газа из газовой турбины соединен с первым входом теплообменника нагрева пара, введены: смеситель по газу и пару, смеситель по воде и пару, дополнительная магистраль выхода воды из жидкостной полости конденсатора с насосом, на которой установлен теплообменник, и магистраль с теплообменником-влагоотделителем и ресивером, соединяющая газовую полость конденсатора с компрессором, при этом выход газа из источника тепла соединен с входом газа смесителя по газу и пару, вход пара этого смесителя соединен с выходом пара из паровой турбины, а выход из этого смесителя соединен с входом в газовую турбину, второй вход теплообменника нагрева пара соединен с выходом пара из парогенератора, первый выход теплообменника нагрева пара соединен с входом пара в паровую турбину, второй выход теплообменника нагрева пара соединен с первым входом пара в парогенератор, второй выход которого по пару подключен к входу пара смесителя по воде и пару, вход по воде этого смесителя подключен к дополнительной магистрали выхода воды из конденсатора, а выход - к газовой полости конденсатора; кроме этого конденсатор снабжен датчиком уровня.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная пневмогидросхема предлагаемой комбинированной энергоустановки с ядерным реактором, где обозначено:
1 - паровая турбина;
2 - смеситель по газу и пару;
3 - источник тепла;
4 - компрессор;
5 - газовая турбина;
6 - теплообменник нагрева пара;
7 - парогенератор;
8 - конденсатор
9 - насос;
10, 11 - генераторы тока;
12 - теплообменник;
13 - насос;
14 - датчик уровня;
15 - смеситель по воде и пару;
16 - теплообменник-влагоотделитель;
17 - ресивер.
Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором состоит из паровой турбины 1 с генератором тока 11, выход пара у которой соединен с входом пара в смеситель по газу и пару 2. Вход газа в смеситель по газу и пару 2 проходит по каналам источника тепла 3 (ядерного реактора). Вход газа в источник тепла 3 соединен с выходом газа из компрессора 4. Выход парогазовой смеси из смесителя по газу и пару 2 соединен с входом в газовую турбину 5 с генератором тока 10. Выход парогазовой смеси из газовой турбины 5 соединен с первым входом теплообменника нагрева пара 6. Второй вход теплообменника нагрева пара 6 соединен с первым выходом пара из парогенератора 7. Первый выход теплообменника нагрева пара 6 соединен с входом пара в паровую турбину 1, а второй выход - с вторым входом парогенератора 7. Второй выход парогенератора 7 соединен с входом по пару в смеситель по воде и пару 15. Дополнительная магистраль жидкостной полости конденсатора 8, на которой установлены последовательно соединенные насос 13 и теплообменник 12 соединена с входом по воде смесителя по воде и пару 15. Выход смесителя по воде и пару 15 соединен с газовой полостью конденсатора 8. Выход газа из газовой полости конденсатора 8 соединен магистралью с входом в компрессор 4 через теплообменник-влагоотдетитель 16. На этой магистрали установлен ресивер 17. Конденсатор 8 снабжен датчиком уровня жидкости 14.
Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором работает следующим образом.
Газ из газовой полости конденсатора 8 по магистрали, содержащей ресивер 17 и теплообменник-влагоотделитель 16, благодаря которому температура газа снижается до температуры окружающей среды, а вода, образовавшаяся в результате конденсации пара при охлаждении газа в теплообменнике-влагоотделителе 16, самотеком стекает в конденсатор 8, поступает на вход компрессора 4. В компрессоре 4 газ сжимается до заданного давления, например до 2,5 МПа, и направляется в источник тепла 3, например в атомный реактор, где нагревается до температуры ~2000°С. После источника тепла газ поступает в смеситель по газу и пару 2, куда одновременно поступает пар, выходящий из паровой турбины 1 с температурой 110÷150°С. В смесителе по газу и пару 2 газ и пар смешиваются таким образом, чтобы температура смеси не превышала максимально допустимую температуру, обеспечивающую прочность и работоспособность материалов газовой турбины 5, например до температуры ~900°С.
Смеситель по газу и пару 2, в котором происходит процесс смешивания пара с газом, представляет собой известный эжектор (см. Е.Я.Соколов, Н.М.Зингер «Струйные аппараты». М., Энергоатомиздат, 1989). Рабочий поток, который поступает в смеситель по газу и пару 2, выполненному, например, в виде эжектора, создается газом с высокой температурой, который подается из источника тепла 3 с высоким давлением, создаваемым компрессором 4. Инжектирующим потоком, поступающим в смеситель по газу и пару 2, является пар, выходящий из паровой турбины 1 в состоянии насыщения. Пар, смешиваясь с газом, образует сжатый поток, который поступает на лопатки газовой турбины с температурой, ограниченной прочностью лопаток турбины, например ~950°С, и давлением 1,0-1,4 МПа.
Парогазовая смесь, образованная в смесителе по газу и пару 2, поступает на лопатки газовой турбины 5. При давлении на выходе из газовой турбины (0,25-0,3) МПа температура газа на выходе упадет приблизительно до 650°С.
Парогазовая смесь с температурой 650°С поступает в теплообменник нагрева пара 6. Теплообменник нагрева пара 6 представляет собой регенеративный теплообменник, где одно рабочее тело, пар, поступающий из парогенератора 7 с температурой 150÷200°С, нагреется на выходе до температуры ~600°С, а парогазовая смесь, поступающая из газовой турбины 5 с температурой 650°С, соответственно охладится до температуры 150÷200°С.
Пар, нагретый до температуры ~600°С, из теплообменника нагрева пара 6 с высоким давлением поступает на лопатки паровой турбины 1, где расширяется. Температура пара на выходе из паровой турбины после расширения упадет до (110-150)°С, и его можно использовать в смесителе по газу и пару 2 для смешивания с газом, поступающим из источника тепла 3 с температурой ~2000°С таким образом, чтобы температура рабочего тела не превышала максимально допустимую температуру, обеспечивающую прочность и работоспособность материалов турбины 5, например до температуры ~950°С.
Парогазовая смесь, охлажденная в теплообменнике нагрева пара 6 до температуры ~200°С, поступает в парогенератор 7, который представляет собой также регенеративный теплообменник. В парогенераторе 7 парогазовая смесь, поступающая из теплообменника нагрева пара 6 с температурой ~200°С, охлаждается до температуры ~90°С, превращаясь в газожидкостную смесь, а вода, поступающая в парогенератор 7, превращается в пар с высоким давлением и с температурой ~180°С. Газожидкостная смесь, выходящая из парогенератора 7 с температурой ~90°С, поступает на вход смесителя по воде и пару 15, конструкция которого также широко известна и выполнена в виде, например, инжектора. Рабочий поток, который поступает в смеситель по воде и пару 15, создается насосом 13, который подает воду с большим давлением, охлажденную с помощью теплообменника 12 до необходимой температуры, например до ~50°С. Инжектирующим потоком, поступающим в смеситель по воде и пару 15, является газ и пар с небольшим количеством воды в виде отдельных капель, выходящие из парогенератора 7.
Вода, которая была охлаждена до температуры ~50°С, в результате смешивания будет нагреваться за счет охлаждения газа и конденсации пара до ~80°С. Газ вместе с паром и водой с температурой ~80°С образуют сжатый поток, который поступает в конденсатор 8.
Газ, поступающий через ресивер 17 на вход в компрессор 4, охлаждается до температуры окружающей среды в теплообменнике-влагоотделителе 16 и возвращается в газовый цикл. Вода возвращается в паровой цикл с помощью насоса 9.
Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что пар, как рабочее тело, принимает участие в двух процессах расширения - и в паровой турбине, как самостоятельное рабочее тело, и в газовой турбине, как эффективная добавка к газу с высокой температурой, а также в том, что питательная вода в паровом цикле подается при температуре значительно выше температуру окружающей среды.
Это обстоятельство и обуславливает резкое и качественное повышение КПД предлагаемой комбинированной энергоустановки с ядерным реактором. Для предлагаемого термодинамического цикла КПД составляет около 0,65-0,67, т.е. на 10-13% выше существующих самых усовершенствованных комбинированных энергоустановок с ядерным реактором.
Список используемых материалов
1. «Ядерные газотурбинные и комбинированные установки». Энергоатомиздат, 1993 г., стр.31
2. «Ядерные газотурбинные и комбинированные установки». Энергоатомиздат, 1993 г., стр.46.
Claims (1)
- Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором, содержащая источник тепла, вход которого соединен с выходом компрессора, газовую турбину с генератором тока, паровую турбину с генератором тока, парогенератор, теплообменник нагрева пара, конденсатор с газовой и жидкостной полостями, на магистрали выхода воды из жидкостной полости конденсатора установлен насос, соединенный с входом по воде парогенератора, при этом выход газа из газовой турбины соединен с первым входом теплообменника нагрева пара, отличающаяся тем, что в нее введены: смеситель по газу и пару, смеситель по воде и пару, дополнительная магистраль выхода воды из жидкостной полости конденсатора с насосом, на которой установлен теплообменник и магистраль с теплообменником-влагоотделителем и ресивером, соединяющая газовую полость конденсатора с компрессором, при этом выход газа из источника тепла соединен с входом газа смесителя по газу и пару, вход пара этого смесителя соединен с выходом пара из паровой турбины, а выход из этого смесителя соединен с входом в газовую турбину, второй вход теплообменника нагрева пара соединен с выходом пара из парогенератора, первый выход теплообменника нагрева пара соединен с входом пара в паровую турбину, второй выход теплообменника нагрева пара соединен с первым входом пара в парогенератор, второй выход которого по пару подключен к входу пара смесителя по воде и пару, вход по воде этого смесителя подключен к дополнительной магистрали выхода воды из конденсатора, а выход - к газовой полости конденсатора, кроме этого, конденсатор снабжен датчиком уровня.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007110724/06A RU2347917C2 (ru) | 2007-03-23 | 2007-03-23 | Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007110724/06A RU2347917C2 (ru) | 2007-03-23 | 2007-03-23 | Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007110724A RU2007110724A (ru) | 2008-09-27 |
RU2347917C2 true RU2347917C2 (ru) | 2009-02-27 |
Family
ID=39928731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007110724/06A RU2347917C2 (ru) | 2007-03-23 | 2007-03-23 | Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347917C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568032C1 (ru) * | 2014-10-29 | 2015-11-10 | Юрий Михайлович Красильников | Парогенераторная установка |
RU2638304C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-12-13 | Василий Васильевич Лещенко | Атомная электрическая станция |
RU2638305C1 (ru) * | 2017-01-09 | 2017-12-13 | Василий Васильевич Лещенко | Атомная электрическая станция |
RU2806439C1 (ru) * | 2022-12-30 | 2023-11-01 | Василий Васильевич Лещенко | Атомная электрическая станция |
-
2007
- 2007-03-23 RU RU2007110724/06A patent/RU2347917C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568032C1 (ru) * | 2014-10-29 | 2015-11-10 | Юрий Михайлович Красильников | Парогенераторная установка |
RU2638304C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-12-13 | Василий Васильевич Лещенко | Атомная электрическая станция |
RU2638305C1 (ru) * | 2017-01-09 | 2017-12-13 | Василий Васильевич Лещенко | Атомная электрическая станция |
RU2806439C1 (ru) * | 2022-12-30 | 2023-11-01 | Василий Васильевич Лещенко | Атомная электрическая станция |
RU2806440C1 (ru) * | 2022-12-30 | 2023-11-01 | Василий Васильевич Лещенко | Атомная электрическая станция |
RU2812839C1 (ru) * | 2023-04-10 | 2024-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Способ повышения эффективности аварийного резервирования собственных нужд двухконтурной АЭС |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007110724A (ru) | 2008-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8176722B2 (en) | Method and device for the transfer of heat from a heat source to a thermodynamic cycle with a working medium of at least two substances with non-isothermal evaporation and condensation | |
RU2479727C2 (ru) | Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в механическую энергию | |
US8621841B2 (en) | Gasification power generation system provided with carbon dioxide separation and recovery device | |
US20100269503A1 (en) | Method and device for converting thermal energy of a low temperature heat source to mechanical energy | |
US20070051108A1 (en) | Method for increasing the efficiency of a gas turbine system and gas turbine system suitable therefor | |
US20100180567A1 (en) | Combined Power Augmentation System and Method | |
BR112013008661B1 (pt) | sistema e método de produção de energia | |
US8695347B2 (en) | Power plant | |
JP2013043991A (ja) | ガス化システムからの熱回収 | |
KR102326406B1 (ko) | 개선된 효율을 갖는 조합형 순환 발전소 | |
CN101720381A (zh) | 具有蒸汽涡轮机和用于预热给水的冷凝器的装置 | |
JPH09177566A (ja) | 発電所のための冷却空気用冷却器 | |
JP5756900B2 (ja) | 蒸留装置 | |
RU2347917C2 (ru) | Комбинированная энергоустановка с ядерным реактором | |
RU129998U1 (ru) | Комбинированная парогазотурбинная установка на продуктах гидротермального окисления алюминия | |
US7146795B2 (en) | System and method for producing injection-quality steam for combustion turbine power augmentation | |
KR101917430B1 (ko) | 발전장치 | |
RU2639397C1 (ru) | Способ работы газотурбинной установки на метаносодержащей парогазовой смеси и устройство для его осуществления | |
RU2616148C2 (ru) | Электрогенерирующее устройство с высокотемпературной парогазовой конденсационной турбиной | |
RU2412359C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки | |
RU2411368C2 (ru) | Способ работы энергетической установки с газотурбинным блоком | |
RU2428575C1 (ru) | Комбинированная газотурбинная установка | |
CN206468383U (zh) | 提高朗肯循环热效率的装置 | |
KR101403174B1 (ko) | 열에너지를 전환하는 방법 | |
RU2561770C2 (ru) | Способ работы парогазовой установки |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090324 |