пароводяная теплоэнергетическая установка

Формула изобретения

Пароводяная теплоэнергетическая установка, включающая в себя источник высокотемпературной теплоты с контуром теплоносителя, проходящего через парогенератор, контур паротурбинной установки, содержащей парогенератор, паровую турбину, отличающаяся тем, что снабжена в контуре паротурбинной установки теплообменником - подогревателем пара, причем контур теплоносителя последовательно проходит сначала через теплообменник-подогреватель, а затем через парогенератор, электрогенератором, расположенным на одном валу с турбиной, и двумя пароводяными насосами-подогревателями высокого и низкого давлений, первый из которых расположен на линии подачи пара с регулирующим клапаном, начинающейся из контура паротурбинной установки между теплообменником-подогревателем пара и турбиной, а второй установлен после турбины, при этом выход пароводяного насоса низкого давления направлен на вход пароводяного насоса высокого давления, а также замкнутой системой теплоснабжения с регулирующим клапаном, проходящей через пароводяные насосы-подогреватели высокого и низкого давлений и потребителя теплоты, при этом между теплообменником-подогревателем, парогенератором и пароводяным насосом-подогревателем высокого давления установлены обратные клапаны, а выход из пароводяного насоса-подогревателя высокого давления разделяется на линии, идущие в парогенератор и к потребителю тепла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики с использованием пароводяных установок с высокотемпературными источниками теплоты и предназначено в качестве комбинированных систем для одновременной выработки электроэнергии и тепла.

Известно устройство ротоклонного реактора, включающее в себя ванну с топливной смесью из расплава солей радиоактивных металлов, каналы для прохода теплоносителя и каплеуловитель. Температура топливной смеси колеблется в пределах 600-1500^oC и зависит от концентрации солей. Реактор надежен и безопасен в работе. Однако, в качестве теплоносителя, проходящего через ванну, необходимо использовать газы, которые не становятся радиоактивными при контакте с расплавом солей радиоактивных металлов, например, гелий (С. Макшакова, В. Рычков. Ядерная сковородка. Изобретатель и рационализатор, N 2, 1991. - стр. 9).

Известен способ регенеративного подогрева питательной воды в струйном подогревателе, включающий в себя подачу пара в турбогенератор, отбор пара из турбогенератора, отвод в конденсатор, подачу конденсата из конденсатора и пара, отобранного из турбогенератора в струйный аппарат с конденсацией пара в струйном аппарате и нагрева, за счет этого конденсата, с последующей подачей подогретого конденсата в диаэратор и далее в котел-парогенератор (Патент РФ N 2115831, Бюл. N 20 от 20.07.98 г.).

Известно устройство пароводяного насоса-подогревателя (ПНП), предназначенного для применения в различных промышленных технологиях с использованием пара, совмещающего в себе функции подогревателя и насоса одновременно. Применение ПНП позволяет существенно сократить расход электроэнергии на собственные нужды и уменьшить массогабаритные характеристики теплообменных аппаратов ("Энергетика Петербурга" /газета/, N 5 (11), от 25.05.99 г. ). Однако, ранее пароводяной насос-подогреватель в комбинированных установках с преобразователями энергии прямого цикла не применялся.

Известна схема энергетического реактора с газовым теплоносителем, включающая в себя газоохлаждаемый ядерный реактор, контур газообразного теплоносителя с компрессором (газодувкой), проходящего через реактор и парогенератор, контур паротурбинной установки, содержащей парогенератор, паровую турбину, конденсатор и насос питательной воды (Дж. Боуэн, Е. Мейстерс. Управление ядерными реакторами. М.: "Госатомиздат", 1961, стр. 11).

Недостатком данных технических решений является высокая стоимость и сложность эксплуатации газоохлаждаемых ядерных реакторов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД установки, за счет уменьшения энергозатрат на собственные нужды, снижении массогабаритных характеристик установки и возможности одновременного производства электроэнергии и тепла.

Для достижения этого технического результата пароводяная теплоэнергетическая установка, включающая в себя источник высокотемпературной теплоты с контуром теплоносителя, проходящего через парогенератор, контур паротурбинной установки, содержащей парогенератор, паровую турбину, снабжена в контуре паротурбинной установки теплообменником-подогревателем пара, причем контур теплоносителя последовательно проходит, сначала, через теплообменник-подогреватель, а затем, через парогенератор, электрогенератором, расположенным на одном валу с турбиной, и двумя пароводяными насосами-подогревателями высокого и низкого давления, первый из которых расположен на линии подачи пара с регулирующим клапаном, начинающейся из контура паротурбинной установки между теплообменником-подогревателем пара и турбиной, а второй установлен после турбины, при этом выход пароводяного насоса низкого давления направлен на вход пароводяного насоса высокого давления, а также, замкнутой системой теплоснабжения с регулирующим клапаном, проходящей через пароводяные насосы-подогреватели высокого и низкого давления и потребителя теплоты, при этом между теплообменником-подогревателем, парогенератором и пароводяным насосом-подогревателем высокого давления установлены обратные клапаны, а выход из пароводяного насоса-подогревателя высокого давления разделяется на линии, идущие в парогенератор и к потребителю тепла.

Введение в состав пароводяной теплоэнергетической установки расположенных в контуре паротурбинной установки теплообменника-подогревателя пара, двух пароводяных насосов-подогревателей высокого и низкого давления, электрогенератора на одном валу с турбиной и замкнутой системы внешнего теплоснабжения, проходящей через пароводяные насосы-подогреватели высокого и низкого давления и потребителя теплоты, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности получения электроэнергии в электрогенераторе, а также, использования пара для замены питательных насосов и конденсатора, за счет использования пароводяных насосов-подогревателей.

На чертеже изображена пароводяная теплоэнергетическая установка.

Теплоэнергетическая установка включает в себя контур теплоносителя 1 с устройством 2, обеспечивающим его циркуляцию, проходящим через источник высокотемпературной теплоты 3 (например, газоохлаждаемый ядерный реактор, жидкостной ядерный реактор и т.д.), а также, через теплообменник-подогреватель пара 4 и парогенератор 5, входящих в контур паротурбинной установки 6. В контур паротурбинной установки 6 входят, также, турбина 7 с электрогенератором 8 на одном валу, пароводяной насос-подогреватель низкого давления 9, линия подачи пара 10 с регулирующим клапаном 11 и пароводяным насосом-подогревателем 12, начинающаяся из участка между теплообменником-подогревателем пара 4 и турбиной 7. Между парогенератором 5 и теплообменником-подогревателем 4, а также, между пароводяным насосом-подогревателем высокого давления 12 и парогенератором 5, установлены обратные клапаны, соответственно, 13, 14. В состав теплоэнергетической установки, также, входит замкнутая система внешнего теплоснабжения 15 с регулирующим клапаном 16, проходящая последовательно через пароводяной насос-подогреватель высокого давления 12, потребителя тепла 17 и пароводяной насос-подогреватель низкого давления 9.

Пароводяная теплоэнергетическая установка работает следующим образом.

Высокотемпературное тепло, генерируемое внутри источника 3, отводится с помощью теплоносителя и по контуру 1 передается, сначала, пару в теплообменнике-подогревателе 4, а затем, конденсату в парогенераторе 5. После этого, охлажденный теплоноситель с помощью устройства 2 (насос, компрессор) вновь подается к источнику 3. За счет теплообмена с теплоносителем конденсат в парогенераторе 5 испаряется с образованием пара. Пар из парогенератора 5 по контуру паротурбинной установки 6, сначала, поступает в теплообменник-подогреватель 4, где перегревается с повышением давления, а затем, в турбину 7, где расширяясь совершает полезную работу, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 8, расположенного на одном валу с турбиной 7. Из турбины 7 пар поступает в пароводяной насос-подогреватель низкого давления 9, где конденсируется, за счет одновременного с ним поступления охлажденной воды от потребителей тепла 17 замкнутой системы теплоснабжения 15. Подогретый конденсат низкого давления из пароводяного насоса-подогревателя 9 поступает в пароводяной насос-подогреватель высокого давления 12. Одновременно с конденсатом, в пароводяной насос-подогреватель 12 поступает пар по линии 10, через регулирующий клапан 11. В пароводяном насосе-подогревателе высокого давления 12, за счет особой конструкции и эффекта смешивания двухфазных парожидкостных сред происходит интенсивное перемешивание подогретого конденсата и воды, с последующим получением конденсата с высокой температурой и давлением. За счет этого давления происходит подача горячего конденсата в парогенератор 5 и потребителю тепла 17. Для регулирования направления движения пара между теплообменником-подогревателем 4, парогенератором 5 и пароводяным насосом-подогревателем высокого давления 12 установлены обратные клапаны 13 и 14. Для регулирования расхода горячего конденсата к парогенератору 5 и потребителю тепла 17, в замкнутой системе внешнего теплоснабжения 15 установлен регулирующий клапан 16.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. С. Макшакова, В. Рычков. Ядерная сковородка. Изобретатель и рационализатор, N 2, 1991, с. 9.

2. Патент РФ N 2115831, Бюл. N 20 от 20.07.98 г.

3. "Энергетика Петербурга" //газета//, N 5 (11), от 25.05.99 г.

4. Дж. Боуэн, Е. Мейстерс. Управление ядерными реакторами. М.: "Госатомиздат", 1961, с. 11 - прототип.