RU2661341C1 - Гибридная аэс с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной - Google Patents

Гибридная аэс с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной Download PDF

Info

Publication number
RU2661341C1
RU2661341C1 RU2017141313A RU2017141313A RU2661341C1 RU 2661341 C1 RU2661341 C1 RU 2661341C1 RU 2017141313 A RU2017141313 A RU 2017141313A RU 2017141313 A RU2017141313 A RU 2017141313A RU 2661341 C1 RU2661341 C1 RU 2661341C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
low
steam turbine
reactor
steam
Prior art date
Application number
RU2017141313A
Other languages
English (en)
Inventor
Аркадий Ефимович Зарянкин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2017141313A priority Critical patent/RU2661341C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2661341C1 publication Critical patent/RU2661341C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00Heat treatments of cast-iron
    • C21D5/04Heat treatments of cast-iron of white cast-iron
    • C21D5/06Malleabilising
    • C21D5/14Graphitising

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области атомной теплотехники. Гибридная АЭС содержит последовательно соединенные ядерный реактор, низкотемпературный реакторный парогенератор, низкотемпературную паровую турбину с сепаратором-пароперегревателем, конденсатор, конденсатный насос, регенеративные подогреватели низкого давления, деаэратор, питательный насос и подогреватель высокого давления. При этом к основной низкотемпературной паровой турбине присоединяется высокотемпературный паротурбинный блок с котлом-пароперегревателем, использующий для перегрева часть пара, идущего из реакторного парогенератора, теплоту сгорания органического топлива. Перегретый высокотемпературный пар направлен к высокотемпературной паровой турбине, присоединенной к стандартной АЭС и общему реакторному парогенератору. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области атомной теплотехники и призвано повысить эффективность выработки электроэнергии на базе атомных парогенераторов при одновременном увеличении диапазона регулирования вырабатываемой мощности без нарушения режима работы реактора АЭС.
Характерной особенностью большинства современных АЭС является то, что паровые турбины этих электростанций работают на базе сухого насыщенного пара (с очень малым (5-7°С) перегревом), то есть при сравнительно низких начальных температурах теплоносителя (~300°С), что предопределяет их работу с низким к.п.д. (порядка 35%). При этом в силу особенностей работы атомных реакторов допустимый диапазон регулирования мощности этих турбин оказывается весьма ограниченным.
Для повышения их экономичности в работах [1, 2, 3] (Рогалев А.Н. Разработка и исследование высокотемпературных паротурбинных технологий производства электроэнергии, Зарянкин А.Е., Рогалев Н.Д., Лысков М.Г., Рогалев А.Н., Турбоустановка АЭС с внешним пароперегревателем, Зарянкин А.Е., Лысков М.Г., Рогалев А.Н. Высокотемпературные технологии производства электроэнергии на АЭС с реакторными установками ВВЭР-1000) предлагается переходить к созданию гибридных АЭС, где сухой насыщенный пар после реакторного парогенератора направляется в промежуточный котел-пароперегреватель, где генерируется высокотемпературный перегретый пар на базе теплоты сгорания органического или водородного топлива.
В указанных работах на базе блока АЭС, работающего с реактором ВВЭР-1000, показано, что таким образом можно примерно в 2 раза увеличить мощность паротурбинного блока, увеличить к.п.д. выработки электроэнергии на 10-15%, причем к.п.д. выработки дополнительной мощности происходит с к.п.д. 50-51%.
При этом, однако, сохраняется второй отличительный недостаток АЭС - низкий диапазон регулирования мощности существующих АЭС.
Техническая задача, решаемая в настоящем изобретении, состоит в увеличении эффективности работы гибридной АЭС. Технический эффект, получаемый при решении поставленной технической задачи, заключается в возможности регулирования на 25-35% мощности АЭС без изменения режима работы атомного реактора, достигается это тем, что гибридная АЭС, содержащая последовательно соединенные ядерный реактор, низкотемпературный реакторный парогенератор, низкотемпературную паровую турбину с сепаратором-пароперегревателем, конденсатор, конденсатный насос, регенеративные подогреватели низкого давления, деаэратор, питательный насос, подогреватель высокого давления, согласно изобретению дополнена высокотемпературным паротурбинным блоком с котлом-пароперегревателем, использующим органическое или водородное топливо, входом подключенным к выходу низкотемпературного реакторного парогенератора, а выходом соединенным с цилиндром высокого давления высокотемпературного паротурбинного блока, при этом выход подогревателя высокого давления высокотемпературного паротурбинного блока подсоединен ко входу низкотемпературного реакторного парогенератора.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства, содержащего последовательно соединенные ядерный реактор 1, низкотемпературный реакторный парогенератор 2, низкотемпературную паровую турбину 3 с сепаратором-пароперегревателем 4, конденсатор 5, конденсатный насос 6, регенеративные подогреватели низкого давления 7 (не указаны), деаэратор 8, питательный насос 9, подогреватель высокого давления 10. Устройство дополнительно снабжено высокотемпературным паротурбинным блоком 11 с котлом-пароперегревателем 12, входом подключенным к выходу низкотемпературного реакторного парогенератора 2, а выходом соединенным с цилиндром высокого давления 13 высокотемпературного паротурбинного блока 11, при этом выход подогревателя высокого давления 14 высокотемпературного паротурбинного блока 11 подсоединен ко входу низкотемпературного реакторного парогенератора 2. Таким образом, поставленная задача решается путем присоединения к существующему блоку АЭС дополнительной высокотемпературной паровой турбины со своим котлом-пароперегревателем, где на базе теплоты сгорания органического топлива происходит перегрев только части пара, генерируемого в атомном реакторе.
Достигаемый при этом эффект проиллюстрируем на примере стандартного блока АЭС К-1000-60 ЛМЗ [4] (Трояновский Б.М.).
Тепловая схема предлагаемой новой гибридной АЭС приведена на чертеже и состоит из двух самостоятельных блоков - исходного низкотемпературного блока 15 K-N1/65-3000 и присоединенного высокотемпературного блока 11 K-N2 /55-300. N1 - номинальная мощность существующего низкотемпературного блока 15; N2=n⋅Nl - мощность присоединяемого высокотемпературного блока 11; n - коэффициент разгрузки присоединяемого высокотемпературного блока 11 (0<n<1).
В силу того что для повышения температуры пара перед турбиной 13 пар на пути к этому блоку проходит нагрев в специальном котле пароперегревателе 12, давление пара перед высокотемпературной турбиной 13 снижается с 65 до 55 бар. Пар после реакторного парогенератора 2 поступает в количестве
Figure 00000001
по магистрали GI в количестве D1 - к низкотемпературной основной двухцилиндровой турбине 3 и перед ее цилиндром высокого давления (ЦВД) 3 некоторая его часть по магистрали G3 идет к сепаратору-пароперегревателю 4 для перегрева влажного пара, покидающего ЦВД, и далее поступает в цилиндр низкого давления (ЦНД). После ЦНД в конденсаторе 5 происходит конденсация пара, а образующийся конденсат конденсатным насосом 6 прокачивается через ряд регенеративных подогревателей 7 и подается в деаэратор 8(на чертеже для упрощения схемы условно показан один регенеративный подогреватель 7). После деаэратора 8 питательным насосом 9 питательная вода прокачивается через подогреватели высокого давления 10 и подается по магистрали G4 в основной (реакторный) парогенератор 2.
Описанный принцип работы тепловой схемы является типичным для всех блоков АЭС, работающих на базе отечественного реактора ВВЭР-1000, но в данном случае базовый паротурбинный блок работает при сниженной нагрузке, поскольку по магистрали GI идет только часть пара D1, генерируемого в низкотемпературном парогенераторе 2, и эта часть определяется мощностью N2 присоединенной высокотемпературной турбины 11, состоящей из трех цилиндров: цилиндра высокого давления (ЦВД) 13, цилиндра среднего давления (ЦСД) 16 и цилиндра низкого давления (ЦНД) 17.
Если ввести в рассмотрение коэффициент снижения расчетной мощности n основного низкотемпературного паротурбинного блока АЭС 15
Figure 00000002
, равный отношению его мощности N1 при установке присоединенной высокотемпературной турбины 9 к номинальной мощности N0, то N1=n⋅N0 и, соответственно, D1=n⋅D0, т.к. при снижении нагрузки основной турбины низкотемпературной турбины (НТТ) 13 полагаемый перепад энтальпий H0 и к.п.д. турбины
Figure 00000003
меняются мало и произведение
Figure 00000004
. Тогда из условия неизменности расхода пара, генерируемого в реакторном парогенераторе, следует, что расход пара D2, идущего к внешнему котлу-пароперегревателю 10, будет равен
Figure 00000005
а расчетная мощность N2 присоединенной высокотемпературной турбины 11 (ПВТТ) будет равна
Figure 00000006
,
где Н02 - располагаемый перепад энтальпий на высокотемпературном паротурбинном блоке 11 по параметрам пара за котлом-пароперегревателем 12, a
Figure 00000007
- внутренний относительный к.п.д. высокотемпературного паротурбинного блока 11.
Выразим далее произведение
Figure 00000008
через аналогичное произведение основной низкотемпературной турбины 15 при ее номинальной мощности N0:
Figure 00000009
.
Здесь k - переходный коэффициент, учитывающий как увеличение перепада энтальпий на высокотемпературном паротурбинном блоке 11, обусловленного перегревом пара, так и увеличение к.п.д. высокотемпературного паротурбинного блока 11 в связи с резким снижением потерь от влажности пара.
Подставив в (2) соотношения (1) и (3), получаем значение мощности высокотемпературного паротурбинного блока 11 N2
Figure 00000010
Поскольку номинальная мощность основной турбины АЭС 13 N0 равна
Figure 00000011
Все элементы тепловой схемы присоединенного высокотемпературного паротурбинного блока 11 мощностью N2 идентичны элементам тепловой схемы основной низкотемпературной турбины 15. Здесь, однако, отсутствует дорогой и достаточно сложный сепаратор-пароперегреватель, аналогичный сепаратору-пароперегревателю 4 в основной турбине 15, и в конструкцию высокотемпературного паротурбинного блока 11 введен цилиндр среднего давления (ЦСД)16.
Технические результаты, достигаемые при реализации настоящего изобретения, состоят в следующем:
В зависимости от степени разгрузки основной низкотемпературной паровой турбины 15 происходит увеличение мощности гибридной АЭС.
Проиллюстрируем сказанное на примере блока К-1000/65-3000 ЛМЗ, работающего на базе реактора ВВЭР-1000. Если разгрузить основную низкотемпературную турбину 15 К-1000/65-3000 на 40% (n=0,6) и провести перегрев пара в количестве D2=D0⋅(1-n) до температуры 650°С при увеличении к.п.д. высокотемпературного паротурбинного блока на 6% (коэффициент в формуле (5) достигает 2), то мощность высокотемпературного паротурбинного блока 11 составит N2=800 МВт.
Соответственно, суммарная мощность гибридной АЭС при указанных условиях составит Nгиб=N1+N2=1400 МВт. То есть прирост мощности равен ΔN=400 МВт. Заметим, что капитальные затраты при строительстве обычной тепловой электростанции мощностью в 400 МВт окажутся на порядок выше строительства блока, работающего в паре с существующим блоком АЭС.
Выводы о преимуществах предлагаемогоустройства:
1. Переход к гибридной АЭС с высокотемпературной присоединенной паровой турбиной обеспечивает существенное увеличение к.п.д. гибридной АЭС, определяемого по следующей очевидной формуле:
Figure 00000012
, где
Figure 00000013
- абсолютный электрический к.п.д. (нетто) стандартного блока АЭС, а
Figure 00000014
- абсолютный электрический к.п.д. присоеденного высокотемпературного блока. Согласно (5) (Трояновский Б.М., Филипов Г.А., Булкин А.Е. Паровые и газовые турбины атомных электростанций. М. Энергоатомиздат, 1985 г.). Блок АЭС с турбиной К-1000/65 ЛМЗ имеет к.п.д
Figure 00000015
, равный 35%.
Согласно [2] (Зарянкин А.Е., Рогалев Н.Д., Лысков М.Г., Рогалев А.Н. Турбоустановка АЭС с внешним пароперегревателем) к.п.д. высокотемпературного блока, использующего для перегрева пара внешний котел- пароперегреватель, достигает
Figure 00000016
, тогда, к.п.д. гибридной АЭС, работающей на базе реактора ВВЭР-1000 при 40% разгрузке низкотемпературной турбины, составит
Figure 00000017
То есть переход к гибридной АЭС позволит увеличивать мощность и экономичность показателей таких электростанций, причем степень увеличения относительных показателей непрерывно растет по мере снижения коэффициента n, определяющего степень разгрузки мощности низкотемпературной турбины
Figure 00000018
2. Важным результатом перехода к гибридным АЭС указанного типа является возможность изменять нагрузку АЭС в пределах выработки дополнительной мощности, определяемой соотношением (6) без изменения режима работы ректора. Так, для условий, сформулированных выше (N0=1000; n=0,6; k=2), ΔN=400 МВт.
Соответственно, при изменении нагрузки присоединенной высокотемпературной турбины в пределах 400 МВ (это 28,9% от общей нагрузки гибридной АЭС) режим работы реактора остается ненеизменным. При n=0,4 диапазон изменения нагрузки гибридной АЭС вырастает до 600 МВт (43% от общей мощности).
3. При работе АЭС с основной низкотемпературной и присоединенной высокотемпературной турбинами резко возрастает надежность АЭС, т.к. в этом случае любая внеплановая остановка одной из указанных турбин не влечет за собой серьезного нарушения в работе реактора.
Литература
1. Рогалев А.Н. Разработка и исследование высокотемпературных паротурбинных технологий производства электроэнергии. Автореферат диссертации к.т.н, Москва, МЭИ. 2011).
2. Зарянкин А.Е., Рогалев Н.Д., Лысков М.Г., Рогалев А.Н. Турбоустановка АЭС с внешним пароперегревателем (Вестник МЭИ, 2011 г., №4).
3. Зарянкин А.Е., Лысков М.Г., Рогалев А.Н. Высокотемпературные технологии производства электроэнергии на АЭС с реакторными установками ВВЭР-1000 (Вестник МЭИ, №4, 2011 г.).
4. Материалы международной научной школы «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических технологиях» (стр. 179-181, Москва, 2011 г.)
5. Трояновский Б.М., Филипов Г.А., Булкин А.Е. Паровые и газовые турбины атомных электростанций (М., Энергоатомиздат, 1985 г.).

Claims (1)

  1. Гибридная АЭС, содержащая последовательно соединенные ядерный реактор, низкотемпературный реакторный парогенератор, низкотемпературную паровую турбину с сепаратором-пароперегревателем, конденсатор, конденсатный насос, регенеративные подогреватели низкого давления, деаэратор, питательный насос, подогреватель высокого давления, отличающаяся тем, что она дополнена высокотемпературным паротурбинным блоком с котлом-пароперегревателем, использующим органическое или водородное топливо, входом подключенным к выходу низкотемпературного реакторного парогенератора, а выходом соединенным с цилиндром высокого давления высокотемпературного паротурбинного блока, при этом выход подогревателя высокого давления высокотемпературного паротурбинного блока подсоединен ко входу низкотемпературного реакторного парогенератора.
RU2017141313A 2017-11-28 2017-11-28 Гибридная аэс с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной RU2661341C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141313A RU2661341C1 (ru) 2017-11-28 2017-11-28 Гибридная аэс с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141313A RU2661341C1 (ru) 2017-11-28 2017-11-28 Гибридная аэс с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661341C1 true RU2661341C1 (ru) 2018-07-16

Family

ID=62917294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141313A RU2661341C1 (ru) 2017-11-28 2017-11-28 Гибридная аэс с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661341C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2709783C1 (ru) * 2019-06-07 2019-12-20 Рашид Зарифович Аминов Способ водородного подогрева питательной воды на АЭС
WO2022015205A1 (ru) * 2020-07-13 2022-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Симонов и партнеры" Паропаровая энергетическая установка
RU2771618C1 (ru) * 2021-07-05 2022-05-11 Общество с ограниченной ответственностью «Симонов и партнеры» Гибридная двухблочная АЭС по тепловой схеме Зарянкина
WO2023282790A1 (ru) * 2021-07-05 2023-01-12 Общество с ограниченной ответственностью "Симонов и партнеры" Гибридная двухблочная аэс

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6497102B2 (en) * 1999-12-23 2002-12-24 Alstom (Switzerland) Ltd Method for supplementing a saturated steam generation system having at least one steam turbine set, and steam power plant supplemented using the method
RU2488903C1 (ru) * 2012-05-03 2013-07-27 Рашид Зарифович Аминов Система сжигания водорода в цикле аэс с регулированием температуры водород-кислородного пара
US9165689B2 (en) * 2009-02-09 2015-10-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Plant operation method and plant operation system
RU2604208C1 (ru) * 2015-12-09 2016-12-10 Вячеслав Михайлович Батенин Способ повышения маневренности и безопасности аэс

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6497102B2 (en) * 1999-12-23 2002-12-24 Alstom (Switzerland) Ltd Method for supplementing a saturated steam generation system having at least one steam turbine set, and steam power plant supplemented using the method
US9165689B2 (en) * 2009-02-09 2015-10-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Plant operation method and plant operation system
RU2488903C1 (ru) * 2012-05-03 2013-07-27 Рашид Зарифович Аминов Система сжигания водорода в цикле аэс с регулированием температуры водород-кислородного пара
RU2604208C1 (ru) * 2015-12-09 2016-12-10 Вячеслав Михайлович Батенин Способ повышения маневренности и безопасности аэс

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2709783C1 (ru) * 2019-06-07 2019-12-20 Рашид Зарифович Аминов Способ водородного подогрева питательной воды на АЭС
WO2022015205A1 (ru) * 2020-07-13 2022-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Симонов и партнеры" Паропаровая энергетическая установка
RU2771618C1 (ru) * 2021-07-05 2022-05-11 Общество с ограниченной ответственностью «Симонов и партнеры» Гибридная двухблочная АЭС по тепловой схеме Зарянкина
WO2023282790A1 (ru) * 2021-07-05 2023-01-12 Общество с ограниченной ответственностью "Симонов и партнеры" Гибридная двухблочная аэс

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mrzljak et al. Energy and exergy analysis of the turbo-generators and steam turbine for the main feed water pump drive on LNG carrier
CN110207092B (zh) 一种基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统及方法
RU2661341C1 (ru) Гибридная аэс с дополнительной высокотемпературной паровой турбиной
EP2423469A2 (en) Combined power augmentation system and method
CN210319975U (zh) 基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统
CN116537899A (zh) 一种采用熔盐储能的灵活调峰核电机组及工作方法
RU2335642C1 (ru) Электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной
RU2687382C1 (ru) Способ работы тепловой электрической станции и устройство для его реализации
US20130312416A1 (en) Steam rankine plant
Malyshenko et al. Thermodynamic efficiency of geothermal power stations with hydrogen steam superheating
RU2537386C1 (ru) Гибридная атомная электростанция
Galashov et al. Thermal efficiency of three-cycle utilization-type steam-gas units
Kunickis et al. Flexibility options of Riga CHP-2 plant operation under conditions of open electricity market
RU2547828C1 (ru) Парогазовая установка двухконтурной аэс
Satish et al. Energy and exergy analysis of thermal power plant
JP7183130B2 (ja) 熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法
Tarasova et al. Optimization of the Thermodynamic Cycle of a Combined-Cycle Power Plant
JP2018017173A (ja) 地熱発電設備
Aminov et al. Evaluating the thermodynamic efficiency of hydrogen cycles at wet-steam nuclear power stations
RU2391515C1 (ru) Электрогенерирующее устройство с угольно-водородным топливом
RU2771618C1 (ru) Гибридная двухблочная АЭС по тепловой схеме Зарянкина
US9840939B2 (en) Variable fuel gas moisture control for gas turbine combustor
Kumar Performance Optimization of Combined Cycle Power Plant Considering Various Operating Parameters
RU2709783C1 (ru) Способ водородного подогрева питательной воды на АЭС
Veszely Hybrid combined cycle power plant