Способ и устройство для производства электроэнергии на основе тепла, выделяемого в активной зоне, по меньшей мере, одного высокотемпературного ядерного реактора - RU2004133070A

Реферат

1. Способ производства электроэнергии на основе тепла, выделяемого в активной зоне (5), по меньшей мере, одного высокотемпературного ядерного реактора (1), заключающийся в принудительной циркуляции первого газа, используемого для теплообмена, или газообразного теплоносителя в контакте с активной зоной (5) ядерного реактора (1) по замкнутому контуру, нагреве второго газа, используемого для теплообмена, вследствие теплообмена с указанным первым газом, и использовании названного второго газа, нагретого первым газом, для привода, по меньшей мере, одной газовой турбины (2), соединенной с электрогенератором (4), отличающийся тем, что первый газ, используемый для теплообмена, образован, в основном, гелием; при этом второй газ, используемый для теплообмена, составляет в объеме от 50 до 70% гелия и от 50 до 30% азота; и тем, что второй газ, используемый для теплообмена, заставляют циркулировать по замкнутому контуру таким образом, что указанный второй газ, нагретый первым газом, обеспечивает привод, по меньшей мере, одной газовой турбины (2) и повторно используют, по меньшей мере, первую часть тепла второго газа, прошедшего через газовую турбину (2), для обеспечения нагрева и выпаривания воды, по меньшей мере, в одном генераторе (12) пара для получения пара, приводящего в действие, по меньшей мере, одну паровую турбину (3а, 3b, 3с), соединенную с электрогенератором (4).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторно используют, по меньшей мере, вторую часть тепла второй текучей среды, используемой для теплообмена, с тем, чтобы обеспечить подвод тепла к дополнительной установке, такой как система городского отопления или завод по опреснению морской воды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторно используют, по меньшей мере, часть тепла второго газа, используемого для теплообмена, нагретого первой текучей средой, используемой для теплообмена, для обеспечения, до приведения в действие газовой турбины (2), выполнения такой функции, как производство кислорода, требующее текучую среду с очень высокой температурой.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что нагревают второй газ, используемый для теплообмена, посредством газового теплоносителя, охлаждающего, по меньшей мере, два одновременно работающих ядерных реактора (1a, 1b), или посредством газового теплоносителя, охлаждающего, по меньшей мере, один первый ядерный реактор (1а, 1b), из, по меньшей мере, двух ядерных реакторов, когда, по меньшей мере, второй ядерный реактор (1a, 1b) остановлен.

5. Устройство для производства электроэнергии на основе тепла, выделяемого в активной зоне (5), по меньшей мере, одного высокотемпературного ядерного реактора (1), содержащего первый контур (6), в котором циркулирует первый газ, используемый для теплообмена, охлаждающий активную зону (5) реактора, газовую турбину (2), соединенную с электрогенератором (4) посредством вала (11), и второй контур (9), в котором циркулирует второй газ, используемый для теплообмена, и в который включена газовая турбина (2), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, по меньшей мере, один промежуточный теплообменник (7), имеющий первую часть, соединенную с первым контуром (6) ядерного реактора (1), и вторую часть, соединенную с вторым контуром (9), обеспечивающим нагрев указанного второго газа теплом, производимым в активной зоне реактора, посредством первого газа, используемого для теплообмена, и третий контур (10), в котором циркулирует вода и пар и в котором расположены, по меньшей мере, один генератор (12) пара и, по меньшей мере, одна паровая турбина (3а); при этом промежуточный теплообменник (7) и газовая турбина (2) имеют характеристики, адаптированные к использованию гелия в качестве первого газа, используемого для теплообмена, и смеси гелия и азота в качестве второго газа, используемого для теплообмена, и генератор (12) пара содержащий вторую часть, включенную в третий контур (10) для воды и пара, для приема воды на входе и для поставки на выходе пара для паровой турбины (3а) и первую часть, включенную во второй контур (9) для приема второго газа, используемого для теплообмена, после его выхода из газовой турбины (2).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что третий контур (10) содержит дополнительно первый теплообменник (13а) - подогреватель, вторая часть которого соединена с выходом первой паровой турбины (3а), являющейся турбиной высокого давления, для приема влажного пара и выход из которой соединен со второй паровой турбиной (3b) среднего давления, и второй теплообменник (13b) - подогреватель, вторая часть которого на входе соединена с выходом второй турбины (3b) среднего давления для приема влажного пара и на выходе соединена с входом третьей паровой турбиной (3с) или турбиной низкого давления, выход которой соединен с контуром (10), в который включены конденсатор (15), первый и второй теплообменники (13а, 13b) - подогреватели, в первую часть которых поступает второй газ, используемый для теплообмена, из ответвлений второго контура (9) для подогрева и сушки влажного пара, поступающего на вход второй части теплообменника - подогревателя, причем третий контур (10) является замкнутым контуром, позволяющий направлять воду, собранную в конденсаторе (15) на вход второй части генератора (12) пара.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что противоточный теплообменник (16) расположен в основной части третьего контура (10), обеспечивающей возврат конденсированной воды на вход второй части генератора (12) пара таким образом, что вторая часть теплообменника (16) получает на входе воду из конденсатора (15) и на выходе поставляет подогретую воду в генератор (12) пара, и в первой части циркулирует второй газ, используемый для теплообмена, забираемый на выходе из генератора (12) пара и теплообменников (13а, 13b) - подогревателей.

8. Устройство по п.5, или 6, или 7, отличающееся тем, что промежуточный теплообменник (7) представляет собой пластинчатый теплообменник.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что второй контур (9) является полностью замкнутым контуром, который включает компрессор (18), служащий для повторного сжатия второго газа, используемого для теплообмена, до давления, по существу, равного давлению первого газа, используемого для теплообмена, в первом контуре (6) ядерного реактора (1) перед его повторной подачей во вторую часть промежуточного теплообменника (7).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно включает клапан (20) для выравнивания давления, соединенный, с одной стороны, с первым контуром (6) ядерного реактора (1) и, с другой стороны, с трубопроводом второго контура (9), обеспечивающим соединение между выходом из компрессора (18) и входом во вторую часть, по меньшей мере, одного промежуточного теплообменника (7), таким образом, что давление первой текучей среды - теплоносителя первого контура (6) ядерного реактора (1) и давление во второй части, по меньшей мере, одного промежуточного теплообменника (7) постоянно остаются, по существу, равными между собой.

11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит, кроме того, теплообменник (30) с умеренной температурой, имеющий первую часть, соединенную со вторым контуром (9) для обеспечения циркуляции в теплообменнике (30) с умеренной температурой второй текучей среды-теплоносителя, и вторую часть, в которой циркулирует жидкость, такая как вода, используемая в дополнительной установке, такой как городская теплосеть или завод по опреснению морской воды.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что теплообменник (30) с умеренной температурой расположен на ответвлении от части второго контура (9) и тем, что на ответвлении и на части второго контура, от которой идет ответвление, размещены регулирующие вентили (27а, 27b), которые обеспечивают возможность регулирования расхода второй текучей среды в части второго контура и в ответвлении.

13. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно имеет, по меньшей мере, два ядерных реактора (1a, 1b), содержащих каждый первый контур (6а, 6b), в котором циркулирует, газообразный теплоноситель, и, по меньшей мере, два промежуточных теплообменника (7а, 7b), имеющих каждый первую часть, находящуюся в соответствующем первом контуре (6а, 6b) ядерного реактора (1а, 1b), для приема газообразного теплоносителя ядерного реактора (1а, 1b), и второй контур, расположенный на соответствующем ответвлении (9а, 9b) второго контура для приема второй текучей среды, используемой для теплообмена, при этом на каждом из ответвлений (9а, 9b) установлены вентили (21а, 21b) останова.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что клапаны (20а, 20b) выравнивания давления соединены с каждым из ответвлений (9а, 9b) второго контура и с каждым первым контуром (6а, 6b) ядерных реакторов для поддержания давления второго газа, используемого для теплообмена, во второй части теплообменника (7а, 7b), по существу, равным давлению газообразного теплоносителя в первой части соответствующего теплообменника (7а, 7b).