RU2779348C1 - Steam turbine unit of a double-circuit nuclear power plant - Google Patents

Steam turbine unit of a double-circuit nuclear power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2779348C1
RU2779348C1 RU2021106023A RU2021106023A RU2779348C1 RU 2779348 C1 RU2779348 C1 RU 2779348C1 RU 2021106023 A RU2021106023 A RU 2021106023A RU 2021106023 A RU2021106023 A RU 2021106023A RU 2779348 C1 RU2779348 C1 RU 2779348C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steam
turbine
circuit
condenser
generator
Prior art date
Application number
RU2021106023A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Павлович Кондрашов
Original Assignee
Юрий Павлович Кондрашов
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Павлович Кондрашов filed Critical Юрий Павлович Кондрашов
Application granted granted Critical
Publication of RU2779348C1 publication Critical patent/RU2779348C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of nuclear power engineering including steam turbine units of double-circuit nuclear power plants (NPPs) with a WWER reactor. Steam turbine unit of a double-circuit NPP with a WWER reactor, containing, in the second circulation circuit, a vertical steam generator with an economiser section, a steam turbine, a condenser, a feeder pump, a feed water heater, a reducer, and an electric generator; wherein the entire thermodynamic process of the second-circuit turbine unit is conducted above atmospheric pressure; working steam from the steam generator is compressed by the compressor and supplied into the adjusting valve with supercritical expansion of the working steam and axial supply thereof to the flow part of the turbine, followed by supplying the spent steam to the feed water heater to be cooled and supplied to the condenser; the condensate from the condenser is fed by the feed pump into the inter-tube space of the feed water heater, then therefrom into the economiser of the steam generator, wherein the turbine, the electric generator, and the compressor are kinematically interconnected via the reducer.
EFFECT: possibility of simplifying the heat diagram of an NPP and raising the performance coefficient of a steam turbine unit.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики, включающей паротурбинные установки (ПТУ) атомных электростанций (АЭС) двухконтурного типа с реакторами ВВЭР генерирующими в парогенераторе рабочий пар с параметрами Р=3÷8 МПа и t=240-300°С. Из парогенератора в турбины поступает обычно насыщенный или слегка перегретый рабочий пар с последующим расширением в турбинах до Рк=3÷5 кПа и Тк=297-306 К. Для работы ПТУ АЭС двухконтурного типа применяют специальные влажнопаровые турбины работающие на влажном паре. В этих условиях лопатки турбин подвергаются недопустимо сильной эрозии, поэтому приходится уменьшать скорости истечения пара в ступенях турбины, а это приводит к уменьшению U/Сф вызывая резкое падение КПД Рис. 3.25. [1] и экономичность турбоустановок насыщенного пара не превышает ηoi=33-35%. Схема такой АЭС представлена на Рис. 1.29. б [1]. В целях повышения КПД энергоустановок тепловых электростанций, в том числе и атомных, в тепловые схемы станций вводят парогазовые энергоустановки (ПГУ), в которых продукты сгорания топлива проходят последовательно газотурбинную установку (ГТУ) и парогенератор паротурбинного блока; или применяют тепловую схему с высоконапорным парогенератором турбинного блока выполняющим функцию камеры сгорания ГТУ [2], [3].The invention relates to the field of nuclear energy, including steam turbine plants (STU) of nuclear power plants (NPP) of a double-circuit type with VVER reactors generating working steam in a steam generator with parameters P=3÷8 MPa and t=240-300°C. From the steam generator, usually saturated or slightly superheated working steam enters the turbines, followed by expansion in the turbines to P k \u003d 3 ÷ 5 kPa and T k \u003d 297-306 K. For the operation of double-circuit steam turbines, special wet steam turbines are used that operate on wet steam. Under these conditions, turbine blades are exposed to unacceptably strong erosion, so it is necessary to reduce the steam flow rate in the turbine stages, and this leads to a decrease in U / C f , causing a sharp drop in efficiency. 3.25. [1] and the efficiency of saturated steam turbine plants does not exceed η oi =33-35%. A diagram of such a nuclear power plant is shown in Fig. 1.29. b [1]. In order to increase the efficiency of power plants of thermal power plants, including nuclear ones, combined-cycle power plants (CCP) are introduced into the thermal circuits of stations, in which the products of fuel combustion pass sequentially through a gas turbine plant (GTP) and a steam generator of a steam turbine unit; or they use a thermal scheme with a high-pressure steam generator of the turbine unit that acts as a gas turbine combustion chamber [2], [3].

Недостатки аналогов [1], [2], [3].Disadvantages of analogues [1], [2], [3].

1. Сложность тепловой схемы:1. The complexity of the thermal scheme:

[1] - необходимость применять влажнопаровые турбины, эжекторы для отсоса воздуха из конденсатора, охладители эжекторов, подогреватели низкого и высокого давления, в системах регенерации, деаэратор; [2], [3] - необходимо, для утилизации теплосодержания выхлопа ГТУ использовать весь комплекс паротурбинного блока и комплекс газотурбинного блока, а это приводит к увеличению номенклатуры оборудования и эксплуатационных расходов всей энергоустановки, которые не отражаются на величине КПД энергетического комплекса. Здесь необходимо учитывать технико-экономическое обоснование всего проекта [2], [3].[1] - the need to use wet steam turbines, ejectors for air suction from the condenser, ejector coolers, low and high pressure heaters, in regeneration systems, a deaerator; [2], [3] - it is necessary to use the entire complex of the steam turbine unit and the complex of the gas turbine unit to utilize the heat content of the gas turbine exhaust, and this leads to an increase in the range of equipment and operating costs of the entire power plant, which do not affect the efficiency of the energy complex. Here it is necessary to take into account the feasibility study of the entire project [2], [3].

2. Низкие значения КПД:2. Low efficiency values:

[1] Из-за невысоких начальных параметров рабочего пара, пониженного относительного внутреннего КПД ηoi, экономичность турбоустановок АЭС насыщенного пара невелика и в лучших из них доходит до 33÷35% (КПД нетто). Наиболее близким к заявляемому решению (прототипом) является [1].[1] Due to the low initial parameters of the working steam, reduced relative internal efficiency η oi , the efficiency of saturated steam NPP turbine plants is low and in the best of them reaches 33÷35% (net efficiency). Closest to the claimed solution (prototype) is [1].

Недостатки прототипа [1].The disadvantages of the prototype [1].

1. Сложность тепловой схемы.1. The complexity of the thermal scheme.

2. Низкие значения КПД.2. Low efficiency values.

Цель изобретения.The purpose of the invention.

Упрощение тепловой схемы АЭС, повышение КПД паротурбинной установки АЭС двухконтурного типа. Цель достигается следующим: паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа с реактором ВВЭР, содержащая во втором контуре циркуляции вертикальный парогенератор с экономайзерным участком, паровую турбину, конденсатор, питательный насос, подогреватель питательной воды, редуктор, электрогенератор, при этом весь термодинамический процесс турбоустановки второго контура проходит выше атмосферного давления, рабочий пар из парогенератора сжимается компрессором и подается в регулировочный клапан со сверхкритическим расширением рабочего пара и осевой подачей его в проточную часть турбины, с последующей подачей отработавшего пара в подогреватель питательной воды, где пар охлаждается и подается в конденсатор, конденсат из конденсатора подается питательным насосом в межтрубное пространство подогревателя питательной воды, а из него в экономайзер парогенератора, причем турбина, электрогенератор, компрессор связаны между собою кинематически через редуктор. Упрощение тепловой схемы достигается за счет исключения конденсатного насоса, охладителя эжектора, эжектора для отсоса воздуха из конденсатора, подогревателя низкого давления, внешнего сепаратора, вторичного перегревателя, паровой турбины низкого давления, системы регенеративного подогрева конденсата, деаэратора, - благодаря тому, что давление сверхкритического расширения принято выше атмосферного давления (Рн=0,15 МПа при tн=120°С и температуре конденсации ts=111°С). Повышение КПД паротурбинной установки достигается за счет увеличения теплоперепада срабатываемого в турбине от сжатия компрессором пара выходящего из парогенератора до Р0=4,5 МПа и t0=385°С и последующим сверхкритическим расширением рабочего пара до Рн, tн, - при этом получается скорость истечения пара в турбине Wp=920 м/с, что позволяет применять турбины с ηoi=0,7-0,8.Simplification of the thermal circuit of NPP, increase in the efficiency of the steam turbine plant of a double-circuit type NPP. The goal is achieved as follows: a steam turbine plant of a double-circuit type NPP with a VVER reactor, containing in the second circulation circuit a vertical steam generator with an economizer section, a steam turbine, a condenser, a feed pump, a feed water heater, a gearbox, an electric generator, while the entire thermodynamic process of the second circuit turbine plant passes above atmospheric pressure, the working steam from the steam generator is compressed by the compressor and fed into the control valve with supercritical expansion of the working steam and its axial supply to the turbine flow path, with the subsequent supply of the exhaust steam to the feed water heater, where the steam is cooled and fed to the condenser, condensate from the condenser is supplied feed pump into the annular space of the feed water heater, and from it to the economizer of the steam generator, and the turbine, electric generator, compressor are kinematically connected to each other through a gearbox. The simplification of the thermal scheme is achieved by eliminating the condensate pump, ejector cooler, ejector for air suction from the condenser, low pressure heater, external separator, secondary superheater, low pressure steam turbine, condensate regenerative heating system, deaerator, due to the fact that the supercritical expansion pressure taken above atmospheric pressure (P n =0.15 MPa at t n =120°C and condensation temperature t s =111°C). The increase in the efficiency of the steam turbine plant is achieved by increasing the heat drop generated in the turbine from the compression of the steam leaving the steam generator by the compressor to P 0 =4.5 MPa and t 0 =385 ° C and subsequent supercritical expansion of the working steam to P n , t n , - while it turns out the steam flow rate in the turbine W p =920 m / s , which allows the use of turbines with η oi =0.7-0.8.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом.The proposed device is illustrated in the drawing.

Графическое изображение состоит из одной фигуры ФигураThe graphic image consists of one figure Figure

1 «Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа».1 "Steam turbine plant of double-circuit type NPP".

Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа содержит в первом контуре реактор ВВЭР 1, вертикальный парогенератор с экономайзерным участком 2, насос первого контура 3, во втором контуре содержит парогенератор 2, компрессор 4, турбину 5, подогреватель питательной воды 6, конденсатор 7, питательный насос 8, электрогенератор 9, редуктор 10, регулировочный клапан со сверхкритическим расширением рабочего пара 11 (регулировочный клапан) [4].The steam turbine plant of a double-circuit type NPP contains in the first circuit a VVER reactor 1, a vertical steam generator with an economizer section 2, a primary circuit pump 3, in the second circuit it contains a steam generator 2, a compressor 4, a turbine 5, a feed water heater 6, a condenser 7, a feed pump 8, electric generator 9, gearbox 10, control valve with supercritical expansion of working steam 11 (control valve) [4].

Устройство работает следующим образом. Слабоперегретый или насыщенный пар из парогенератора 2 с параметрами P1=3,00 МПа, t1=300°С поступает в компрессор 4, где адиабатически сжимается приобретая параметры Р0=4,5 МПа, t0=385°С. После компрессора 4 рабочий пар поступает в регулировочный клапан 11, где сверхкритически расширяется до параметров Рн=0,15 МПа, tн=120°С, разгоняясь при этом до скорости Wp=920 м/с, срабатывает в турбине 5 скоростной напор на лопатках турбины 5 (турбина 5 может иметь одну или две ступени скорости).The device works as follows. Slightly superheated or saturated steam from the steam generator 2 with the parameters P 1 =3.00 MPa, t 1 =300°C enters the compressor 4, where it is adiabatically compressed, acquiring the parameters P 0 =4.5 MPa, t 0 =385°C. After the compressor 4, the working steam enters the control valve 11, where it expands supercritically to the parameters P n \u003d 0.15 MPa, t n \u003d 120 ° C, while accelerating to a speed W p \u003d 920 m / s , the velocity head is triggered in the turbine 5 on the blades of the turbine 5 (turbine 5 can have one or two speed stages).

После турбины 5 пар с параметрами Рн, tн поступает в подогреватель питательной воды 6, где подогревает питательную воду охлаждаясь при этом до Рк=0,15 МПа, ts ≈111°С и уходит в конденсатор 7, где конденсируется. Конденсат из конденсатора 7 подается питательным насосом 8 сначала в межтрубное пространство подогревателя питательной воды 6, а затем в экономайзер парогенератора 2. Турбина 5, электрогенератор 9, компрессор 4 связаны между собою кинематически через редуктор 10, чтобы согласовать собственные скорости вращения.After the turbine 5, steam with parameters P n , t n enters the feed water heater 6, where it heats the feed water while cooling down to P k = 0.15 MPa, t s ≈111 ° C and goes to the condenser 7, where it condenses. The condensate from the condenser 7 is fed by the feed pump 8 first into the annular space of the feed water heater 6, and then into the economizer of the steam generator 2. The turbine 5, the electric generator 9, the compressor 4 are kinematically connected to each other through the gearbox 10 to coordinate their own rotation speeds.

Предварительные расчеты показывают следующее: внешняя мощность ПТУ АЭС Ne=60 МВт; термический КПД ηА тер=0,593; расход рабочего пара G=40 кг/с; мощность компрессора Nк=10 МВт.Preliminary calculations show the following: external power of NPP STP N e =60 MW; thermal efficiency η A ter =0.593; working steam consumption G=40 kg / s ; compressor power N to =10 MW.

ЛитератураLiterature

1. Щегляев А.В. «Паровые турбины». М. «Энергоатомиздат», 1993 г. С. 58-64.1. Shcheglyaev A.V. "Steam Turbines". M. "Energoatomizdat", 1993. S. 58-64.

2. RU 2334112 C2 от 28.01.2005 г.2. RU 2334112 C2 dated January 28, 2005

3. RU 2553725 С1 от 05.05.2014 г.3. RU 2553725 C1 dated 05.05.2014

4. Ожигов Г.Е. «Гидрогазодинамика в науке и технике». Л., «Судостроение», 1970 г. Стр. 158, 159. Рис. 92.4. Ozhigov G.E. "Hydrogasdynamics in science and technology". L., "Shipbuilding", 1970. Pp. 158, 159. Fig. 92.

Claims (1)

Паротурбинная установка АЭС двухконтурного типа с реактором ВВЭР, содержащая во втором контуре циркуляции вертикальный парогенератор с экономайзерным участком, паровую турбину, конденсатор, питательный насос, подогреватель питательной воды, редуктор, электрогенератор, отличающаяся тем, что весь термодинамический процесс турбоустановки второго контура проходит выше атмосферного давления, рабочий пар из парогенератора сжимается компрессором и подается в регулировочный клапан со сверхкритическим расширением рабочего пара и осевой подачей его в проточную часть турбины, с последующей подачей отработавшего пара в подогреватель питательной воды, где пар охлаждается и подается в конденсатор, конденсат из конденсатора подается питательным насосом в межтрубное пространство подогревателя питательной воды, а из него в экономайзер парогенератора, причем турбина, электрогенератор, компрессор связаны между собой кинематически через редуктор.A steam turbine plant of a double-circuit type NPP with a VVER reactor, containing in the second circulation circuit a vertical steam generator with an economizer section, a steam turbine, a condenser, a feed pump, a feed water heater, a reducer, an electric generator, characterized in that the entire thermodynamic process of the second circuit turbine plant passes above atmospheric pressure , the working steam from the steam generator is compressed by the compressor and fed into the control valve with supercritical expansion of the working steam and its axial supply to the flow path of the turbine, with the subsequent supply of the exhaust steam to the feed water heater, where the steam is cooled and fed to the condenser, the condensate from the condenser is supplied by the feed pump into the annular space of the feed water heater, and from it into the economizer of the steam generator, wherein the turbine, electric generator, compressor are connected kinematically through a gearbox.
RU2021106023A 2021-03-09 Steam turbine unit of a double-circuit nuclear power plant RU2779348C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779348C1 true RU2779348C1 (en) 2022-09-06

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805458C1 (en) * 2022-11-23 2023-10-17 Николай Геннадьевич Кириллов Nuclear power unit for nuclear-powered ships

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2124641C1 (en) * 1997-12-19 1999-01-10 Закрытое акционерное общество "Агентство регионального развития" Steam power plant and its operation process
RU2279907C2 (en) * 2003-04-28 2006-07-20 Лобашинская Алла Владимировна Method and the device for dispersion of the gas-liquid mixture
RU2334112C2 (en) * 2005-01-28 2008-09-20 Виктор Николаевич Кириленко Method of combined-cycle power plant efficiency increasing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2124641C1 (en) * 1997-12-19 1999-01-10 Закрытое акционерное общество "Агентство регионального развития" Steam power plant and its operation process
RU2279907C2 (en) * 2003-04-28 2006-07-20 Лобашинская Алла Владимировна Method and the device for dispersion of the gas-liquid mixture
RU2334112C2 (en) * 2005-01-28 2008-09-20 Виктор Николаевич Кириленко Method of combined-cycle power plant efficiency increasing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805458C1 (en) * 2022-11-23 2023-10-17 Николай Геннадьевич Кириллов Nuclear power unit for nuclear-powered ships
RU2816927C1 (en) * 2023-05-02 2024-04-08 Даниил Михайлович Аношин Method of operating phase transition accumulator as part of double-circuit nuclear power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5564269A (en) Steam injected gas turbine system with topping steam turbine
CN109356679B (en) Nuclear energy steam-Brayton combined cycle power generation system
RU2691881C1 (en) Thermal power plant
CN109386325A (en) Nuclear power station heating power combined cycle system and method
CN207261057U (en) Nuclear power station heating power combined cycle system
CN101871732B (en) Dry method single-pressure recovery generating system of waste heat for cement production line
CN103353239A (en) Improved lime kiln exhaust gas waste heat power generation system and power generation method thereof
CN106194431B (en) Gas turbine presurized water reactor steam turbine combined cycle system without separator
RU2335641C2 (en) Method of enhancing efficiency and output of two-loop nuclear power station
RU2779348C1 (en) Steam turbine unit of a double-circuit nuclear power plant
US2952602A (en) Nuclear reactor vapour generating and power plant
RU2547828C1 (en) Steam-gas unit of two-circuit nuclear power plant
WO2010086897A1 (en) Steam utilizing plant, method for running the plant, steam feeding apparatus, and steam feeding method
RU2752123C1 (en) Thermal power station
CN102588019B (en) Saturated vapor thermodynamic cycle for turbine and relevant apparatus
RU2749800C1 (en) Thermal power station
RU167924U1 (en) Binary Combined Cycle Plant
US3172258A (en) Nuclear power plant
CN206647143U (en) TRT with resuperheat system
RU2391515C1 (en) Electro-generating installation with carbon-hydrogen fuel
RU2768325C1 (en) Thermal power plant
US3356074A (en) Vapor generating organziation and method
RU2752680C2 (en) Energy plant for recovery of thermal energy of exhaust gases of internal combustion engines
RU2747786C1 (en) Thermal power station
RU2745468C1 (en) Combined-cycle plant with air condenser