Теплофикационный энергоблок с ядерным реактором СВБР-100 и использованием парогазовой технологии | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Касилов В. Ф., Дудолин А. А., Низовой А. В., Руднев Н. А. Теплофикационный энергоблок с ядерным реактором СВБР-100 и использованием парогазовой технологии // Молодой ученый. — 2015. — №23.1. — С. 30-32. — URL https://moluch.ru/archive/103/23629/ (дата обращения: 20.09.2018).

 

Приведены тепловая схема парогазового теплофикационного энергоблока с реактором СВБР-100 и результаты ее расчета. Показана возможность реализации в таком энергоблоке комбинированного цикла с двумя газотурбинными установками (ГТУ) GE 6101FA общей мощностью 140 МВт и паровой турбиной с максимальной мощностью 190 МВт. При этом в котле-утилизаторе генерируется перегретый пар с температурой 560оC, что позволяет исключить из тепловой схемы турбоустановки сепаратор-пароперегреватель (СПП). КПД ПГУ с реактором СВБР-100 составил на конденсационном режиме эксплуатации 45.9 %.

Ключевые слова: энергоблок АЭС, ядерный реактор СВБР-100, газотурбинная и парогазовая установки, паровая турбина, тепловая схема турбоустановки, экономичность и мощность парогазового энергоблока.

В данной статье представлены результаты формирования тепловой схемы теплофикационного энергоблока с ядерным реактором СВБР-100 на основе применения парогазовой технологии с выбором основного оборудования и оценкой показателей экономичности. Ранее в [1] авторы показали эффективность использования современных парогазовых технологий для энергоблоков с ядерными реакторами малой и средней мощности. Речь идет о том, что в настоящее время подразделениями Госкорпорации “Росатом” выполняются работы по созданию опытно-промышленного энергоблока АЭС с ядерным реактором СВБР-100 (г. Димитровград Ульяновской обл.), тепловая мощность которого QР = 280 МВт, и паротурбинной установкой мощностью Nэ = 100 МВт. Модульный реактор СВБР-100 на быстрых нейтронах [2, 3] спроектирован для работы с жидкометаллическим теплоносителем — эвтектическим сплавом свинец–висмут. Данная технология отработана при эксплуатации подобных реакторов на атомных подводных лодках России, а проект СВБР-100 в значительной мере отвечает требованиям, предъявляемым к современным ядерным энергетическим установкам. Важной особенностью установки СВБР-100 является интегральная компоновка I контура, оборудование которого размещается в прочном корпусе, а гидравлические связи формируются без использования трубопроводов и арматуры. Благодаря высокому уровню безопасности строительство АЭС с СВБР-100 возможно в вблизи населенных пунктов, что позволит использовать такие энергоблоки для целей их централизованного теплоснабжения [4, 5]. По оценкам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), потребность в реакторах малой и средней мощности (100–400 МВт) до 2040 г. в мире составит от 500 до 1000 ед. Лидерами в исследованиях и разработке названных реакторов являются Россия, США, Франция и Китай.

Расчеты тепловой схемы конденсационного энергоблока с реактором СВБР-100, построенной по классической схеме с сепаратором-пароперегревателем (СПП) при генерации в реакторе насыщенного пара с давлением перед цилиндром высокого давления турбины (ЦВД) р0 = 6.7 МПа, показали реализацию электрической мощности NЭбр = 101.33 МВт с КПД турбоустановки = 35.5 %. Низкий уровень КПД и проблемы, возникающие при расширении влажного пара в проточной части турбины, заставляют искать решения, позволяющие при сегодняшнем уровне развития энергетики повысить экономичность не только паротурбинной установки, но и в целом атомного энергоблока. Наиболее значимым решением является использование в энергоблоках АЭС парогазовой технологии, особенности применения которой с реактором СВБР-100 представлены в [1]. Показано, что с применением двух газотурбинных установок (ГТУ) GE 6101FA единичной мощностью 70 МВт, простейшего котла-утилизатора (КУ) и паровой турбины, на входе которой имеет место перегретый пар с температурой 560°С, общая мощность энергоблока составляет Nэ = 328.1 МВт. При этом получено значение электрического КПД брутто 45.39 %, что на 10 % выше ранее рассмотренного варианта, а также КПД большинства ныне существующих энергоблоков АЭС.

Тепловая схема теплофикационного парогазового энергоблока с ядерным реактором СВБР-100 представлена на рис. 1. В этой схеме также рассматривается возможность применения двух газотурбинных установок GE 6101FA (температура газов на выходе из ГТУ 595оС), котла-утилизатора и паровой турбины. Двухцилиндровая паровая турбина состоит из совмещенного цилиндра высокого и среднего давлений (ЦВСД) и цилиндра низкого давления (ЦНД) с рабочей лопаткой последней ступени длиной 960 мм. Регенеративная установка сформирована из подогревателя низкого давления (ПНД) и деаэратора (Д). Перед реактором подогрев питательной воды осуществляется в экономайзерной секции КУ. В пароперегревательной секция (ППС) котла-утилизатора насыщенный пар после реактора перегревается до температуры 560°С при давлении 7.0 МПа (давление свежего пара перед турбиной 6.7 МПа). Теплофикационная установка выполнена на основе двухступенчатой схемы подогрева сетевой воды в сетевых подогревателях (СП-1 и СП-2 на рис. 1). Обеспечение температуры уходящих из котла-утилизатора на уровне не ниже 100оС в различных по температуре наружного воздуха и мощности ПГУ режимах ее эксплуатации осуществляется с помощью газо-водяного теплообменника (ГВТО).

Теплсх ПГУ-Т-320-ЯР

Рис. 1. Тепловая схема парогазовой установки ПГУ-Т-320-ЯР с использованием ядерного реактора СВБР-100: ГТУ — газотурбинная установка; КУ — котел-утилизатор; ППС — пароперегревательная секция; ЭС — экономайзерная секция; ГВТО — газо-водяной теплообменник; ЦВСД — цилиндр высокого и среднего давлений; ЦНД — цилиндр низкого давления; ЭГ — электрогенератор; К — конденсатор; ПНД — подогреватель низкого давления; Д — деаэратор; ПН — питательный насос; СП — подогреватели сетевой воды; СН — сетевые насосы

 

Результаты расчета для конденсационного режима эксплуатации (давление в конденсаторе рк = 6 кПа) представленного энергоблока, которому присвоена маркировка ПГУ-Т-320-ЯР, следующие: при расходе свежего пара в турбину G0 =153.3 кг/с электрическая мощность паротурбинной установки составила NЭ,ПТУ = 176.3 МВт, а всей ПГУ NЭ,ПГУ = 316.5 МВт. При абсолютном электрическом КПД ПТУ 38.1 % получено значение КПД энергоблока 45.9 %.

Расчет теплофикационного режима ПГУ-Т-320-ЯР выполнен для температуры наружного воздуха tнв = — 25°С с температурным графиком для сетевых подогревателей 110/70°С при расходе сетевой воды Wсв=1967.8 кг/с (тепловая мощность теплофикационной установки 329.8 МВт). При расходе свежего пара в турбину 153.3 кг/с и расходе пара в сетевые подогреватели 137.15 кг/с электрическая мощность ПТУ составила NЭ,ПТУ = 121.3 МВт, а всей ПГУ NЭ,ПГУ = 284.3 МВт. Получено значение коэффициента использования топлива (КИТ) 78.9 %. КПД котла-утилизатора при температуре уходящих газов 100°С равен 78.2 %.

Выводы

  1. Результаты расчетов показали, что применение парогазовой технологии в теплофикационном энергоблоке с ядерным реактором СВБР-100 позволит получить электрическую мощность около 320 МВт в конденсационном режиме эксплуатации с КПД выше 45 %, а в теплофикационном режиме NЭ,ПГУ = 284.3 МВт.
  2. По мнению авторов статьи, представленная ПГУ для атомной энергетики России имеет большую перспективу в использовании, поскольку обладает высокой экономической и инвестиционной эффективностью. Подобные тепловые схемы ПГУ возможны для реализации и с другими типами ядерных реакторов малой и средней мощности.

 

Литература:

 

  1. Касилов В. Ф., Дудолин А. А., Господченков И. В. Эффективность использования парогазовой технологии в энергоблоке АЭС с ядерным реактором СВБР-100. Теплоэнергетика. — 2015. — № 5. — С. 14–20.
  2. Зродников А. В., Тошинский Г. И., Степанов В. С. Конверсия свинцово-висмутовой реакторной технологии: от реакторов АПЛ к энергетическим реакторам и пути повышения инвестиционной привлекательности ядерной энергетики на базе быстрых реакторов: Докл. на междунар. конф. МАГАТЭ «Fifty years of nuclear power — the next fifty years». Обнинск. — 2004.
  3. Модульные многоцелевые свинцово-висмутовые быстрые реакторы для ядерной энергетики / А. В. Зродников, Г. И. Тошинский, О. Г. Григорьев, Ю. Г. Драгунов, В. С. Степанов, Н. Н. Климов, И. И. Копытов, В. Н. Крушельницкий, А. А. Грудаков // Теплоэнергетика. — 2005. — № 1. — С. 16–24.
  4. Кузнецов Ю. Н., Хрилев Л. С., Браилов В. П. Технико-экономические основы и направления развития атомной теплофикации // Теплоэнергетика, 2008. — № 11. — С. 14–25.
  5. Курский А. С., Калыгин В. В. Эффективность атомной теплофикации // Энергетическая политика. — 2013. — № 4. — С. 48–57.
Основные термины (генерируются автоматически): ядерный реактор, тепловая схема, МВт, реактор, паровая турбина, паротурбинная установка, парогазовая технология, сетевая вода, электрическая мощность, свежий пар.


Похожие статьи

Особенности использования парогазовых установок на ТЭС

В статье дан анализ схем парогазовых установок, показаны типы, преимущества и особенности их применения в схеме теплоэлектростанции.

В 1993–1998 гг. доля паровых турбин мощностью более 20 МВт составляла 60 %, а газотурбинные установки мощностью...

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Реакторы канального типа, в которых теплоносителем является вода, а замедлителем графит, применяются на крупных блоках с турбинами насыщенного пара.

Модернизация Ташкентской тепловой электростанции путем строительства парогазовой установки.

Моделирование системы автоматического регулирования уровня...

Производство рабочего пара на АЭС осуществляется или в ядерных реакторах (одноконтурные реакторы), или в специальных теплообменных установках (парогенератор в двухконтурных схемах).

Расчёт характеристик системы автоматического управления...

ядерный реактор, нейтронная мощность, возмущающее воздействие, паровая турбина, угловая скорость, передаточная функция, общая передаточная функция, номинальное значение, ионизационная камера...

Информационные модели теплофикационных турбоагрегатов ТЭЦ

Рис.3. Изменение электрической мощности в зависимости от расхода свежего пара на турбину Т-100/120-130 блока №1 и №2 Харьковской ТЭЦ-5

Лыхвар Н.В. Структуры данных и язык системы машинного проектирования и исследований тепловых схем паротурбинных...

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Впрыск воды (пара) в камеру сгорания несколько повышает электрическую мощность ГТУ при соответствующем снижении экономичности.

Костюк Р. И. Разработка теплофикационных бинарных парогазовых установок и исследование технологии их эксплуатации (на примере...

Повышение номинальной мощности и энергетической...

Однако, в условиях ПГУ прирост ее мощности на 1 % вводимого пара в 1,5…2,0 раза меньше, чем для автономной ГТУ с утилизацией теплоты отработавших газов без паровой турбины.

Таким образом, прирост электрической мощности ГТУ при вводе воды в проточную часть...

Парогазовая установка с предварительным нагревом...

Парогазовая установка с предварительным нагревом питательной воды в спрямляющем аппарате ступени компрессора.

Для паротурбинного контура приняты следующие параметры: давление пара Мпа

Улучшение качества подготовки питательной и сетевой воды.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Особенности использования парогазовых установок на ТЭС

В статье дан анализ схем парогазовых установок, показаны типы, преимущества и особенности их применения в схеме теплоэлектростанции.

В 1993–1998 гг. доля паровых турбин мощностью более 20 МВт составляла 60 %, а газотурбинные установки мощностью...

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Реакторы канального типа, в которых теплоносителем является вода, а замедлителем графит, применяются на крупных блоках с турбинами насыщенного пара.

Модернизация Ташкентской тепловой электростанции путем строительства парогазовой установки.

Моделирование системы автоматического регулирования уровня...

Производство рабочего пара на АЭС осуществляется или в ядерных реакторах (одноконтурные реакторы), или в специальных теплообменных установках (парогенератор в двухконтурных схемах).

Расчёт характеристик системы автоматического управления...

ядерный реактор, нейтронная мощность, возмущающее воздействие, паровая турбина, угловая скорость, передаточная функция, общая передаточная функция, номинальное значение, ионизационная камера...

Информационные модели теплофикационных турбоагрегатов ТЭЦ

Рис.3. Изменение электрической мощности в зависимости от расхода свежего пара на турбину Т-100/120-130 блока №1 и №2 Харьковской ТЭЦ-5

Лыхвар Н.В. Структуры данных и язык системы машинного проектирования и исследований тепловых схем паротурбинных...

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Впрыск воды (пара) в камеру сгорания несколько повышает электрическую мощность ГТУ при соответствующем снижении экономичности.

Костюк Р. И. Разработка теплофикационных бинарных парогазовых установок и исследование технологии их эксплуатации (на примере...

Повышение номинальной мощности и энергетической...

Однако, в условиях ПГУ прирост ее мощности на 1 % вводимого пара в 1,5…2,0 раза меньше, чем для автономной ГТУ с утилизацией теплоты отработавших газов без паровой турбины.

Таким образом, прирост электрической мощности ГТУ при вводе воды в проточную часть...

Парогазовая установка с предварительным нагревом...

Парогазовая установка с предварительным нагревом питательной воды в спрямляющем аппарате ступени компрессора.

Для паротурбинного контура приняты следующие параметры: давление пара Мпа

Улучшение качества подготовки питательной и сетевой воды.

Задать вопрос