Атомная электростанция с несколькими ядерными раеакторами

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликасударстаенный хамит Сената Министрав ССС пе делам изобретенийн открытий 8.7 6.Бюл(53) УДК 621.030. .53(088.8) ень 3 45) Дата опубликования описания 11,03.7 Илюнин, И. А. Кузнецов,и А, Н. ШмелевИзобретение относитсяшленности и может быт атомнои проспользовано АЭС с яде температура авливает низнизкую энерючего в рамс реактором льтате время акторе также температура пло быстрого реакогрева и частичного на атомных электростанциях ( ) рными реакторами (ЯР), охлаждаемыми газообразными теплоносителем.Известны схемы АЭС и конструкции ядерных реакторов с газовым теплоносителем, углекислотой и др. как на тепловых, так и на быстрых нейтронах.Дальнейшее увеличение коэффициента вос производства в быстром реакторе может быть достигнуто за счет использования металлического топлива, особенно в реакторе с газовым теплоносителем, так как "смягчение спектра натриевым теплоносителем приводит к значительно меньшему эффекту,Однако низкая допустимаяметаллического топлива обусл кие параметры пара и к п,д, гонапряженность ядерного го ках общепринятой схемы АЭС на быстрых нейтронах. В рез удвоения горючего в таком р составляет 8-10 лет. Низкая газа на выходе делает нецелесообразнымприменение прямого газотурбинного цикла.Целью данного изобретения является создание такой атомной электростанции, которая будет характеризоваться высокой выходной температурой (к,п,д, установки) и энергонапряженностью горкчего, свойственнымивысокотемпературным газографитовым реакторам, и одновременно обеспечит высокий 10 темп воспроизводства горючего, характерный для быстрого реактора с металлическимтопливом.Это достигается при использовании наАЭС связанных по тепловому циклу реакто ров двух типов: высокотемпературного натепловых нейтронах с графитовым замедлителем и низкотемпературного быстрого реактора с металлическим или керамическимтопливом и стальной оболочкой ТВЭЛ,Исполь зование этих двух реакторов отдельно,т.е.без связи по теплоносителю в первом иливо втором контуре, не позволяет достичьуказанных характеристик.Низкотемпературное те25 тора используется для подили полного испарения воды в парогенераторе, а высокотемпературное тепло реактора на тепловых нейтронах используется дляиспарения, перегрева и промежуточного перегрева пара, 5В быстром реакторе теплоноситель подоогревается с 200-300 до 400-500 С, а втепловом реакторе с 400-500 до 600 -о800 С. В каждом реакторе может использоваться теплоноситель, различающийся темОпературой, давлением и видом вещества,например, натрий или углекислота и гелийс давлением 100-300 ата) в быстром реакторе и гелий в тепловом реакторе с давлением 30-70 ата. 15Однако технически и технологическинаиболее просто осуществить последовательное охлаждение обоих реакторов одним теплоносителем с одинаковым давлением, В этом.случае оба реактора можно будет разместить 20в одном корпусе из предварительно напряженного железобетона с наиболее прогрессивной интегральной компоновкой первогоконтура, При этом газовый теплоноситель(гелий или углекислота) сначала поступаетв быстрый реактор с температурой 200300 С а затем в тепловой реактор с темфопературой 400-500 С, где он подогревается до 600-800 С,оВысокая температура газа на выходе изтеплового реактора делает целесообразнымиспользование прямого газотурбинного цикла.В качестве рабочего тела и теплоносите 35ля наиболее подходящими по термодинамическим, теплофизическим и технологическимсвойствам являются гелий и углекислота, которые уже нашли применение в атомной энергетике, При этом могут быть использованыобычные схемы с одно- двух- и даже трехступенчатым стажем в случае гелиевоготеплоносителя, а в случае углекислотноготеплоносителя возможно применение жидкостного конденсационного цикла Гохштейна или 4комбинированного цикла (например, циклаДехтерева) со сжатием углекислоты как вжидкой,так и в газовой фазе.В быстром газовом реакторе предпочтительно иметь давление теплоносителя 150- 50 300 ата, а для теплового газоохлаждаемого реактора из-за трудности сооружения корпуса необходимого размера предпочтительней давление не выше 60 ата. Поэтому может оказаться целесообразным схема 55 с турбиной, включенной между быстрым реактором и тепловым, Теплоноситель из быстрого реактора с давлением 150 о300 ата и температурой 350-45.0 С срабатывается до давления 60-100 ата, затем 60 подогревается в тепловом реакторе до темопературы 600-800 С и срабатывается далее. Для такой схемы наиболее подходящимтеплоносителем и рабочим телом являеъся углекислота, для которой оптимальноенаименьшее давление в схеме с конденсацией и двухфазным сжатием находится врайоне 20 ата, так что общая степень расширения в обеих турбинах может бытьдостаточно высокой (выше 10),На фиг. 1 показана двухконтурная схема предлагаемой АЭС с общим паросиловым циклом во втором контуре и различными теплоносителями в каждом реакторе,отдающими тепло в общий контур; на фиг. 2 то же, с паросиловым циклом во второмконтуре и общим теплоносителем для обоихреакторов; на фиг, 3 - одноконтурная схема АЭС с конденсационным циклом и регенеративным подогревом с углекислотой вкачестве рабочего тела и теплоносителя итурбиной, включенной между реакторами,что позволяет иметь различное значениедавления теплоносителя в быстром и тепловом реакторах.На фиг, 1 приведена двухконтурная схема АЭС, в котором каждый реактор охлаждается своим теплоносителем., Тепло- носитель первого контура реактора 1 на быстрых нейтронах (см. фиг. 1), например гелий или углекислота, с температурой наовходе 250-300 С и на выходе 350 о450 С с давлением 100-300 ата передает тепло:в общий парогенератор 2 для подогрева и испарения питательной воды (полного или частичного), Теплоноситель высокотемпературного реактора 3 на тепловых нейтронах, например гелий, с темпеоратурой на .входе 350-500 С и на выходео650-800 С и давлением 20-70 ата передает тепло .в тот же парогенератор 2 для испарения перегрева и промежуточного перегрева пара. Для каждого реактора имеется отдельный контур с собственной газодувкой 4 и 5.На фиг, 2 показана стандартная схема паросилового цикла во втором контуре 6, Такая схема позволяет наиболее просто согласовать необходимое соотношение быстрого и теплового реакторов и параметры теплоносителей.Конструктивно АЭС может иметь корпус высокого давления один для быстрого другой для теплового реактора, Однако целесообразно корпус быстрого реактора, имеющего небольшие размеры, разместить внутри корпуса теплового реактора из предварительно напряженного железобетона вместе с парогенераторами и трубопровв 486593дами первого юнтура быстрого и теплового реакторов. При таком размещениикорпус теплового реактора будет служитьодновременно защитной оболочкой длябыстрого реактора. бНа фиг. 2 приведена двухконтурнаясхема АЭС с общим теплоносителем длябыстрого 1 и теплового реактора 3. Этасхема технологически и юнструктивнонаиболее проста, но в ней трудно обеспе- Ючить наилучшее соотношение мощностейи параметров теплоносителя в каждом реакторе, Например, давление теплоносителянеобходимо выбирать компромиссныммеждутехнически обоснованным для тепловых ре- цакторов (30-60 ата) и наиболее подходящим для снятия тепла в быстром реакторе(100-300 ата), Теплоноситель, напримергелий или углекислота, с температурой 250 о300 С поступает в реактор 1 на быстрых 30онейтронах, нагревается в нем до 400-4,э 0 С,а затем поступает в высокотемпературныйреактор 3 на тепловых нейтронах, где ононагревается до температуры 600-800 С.Затем этот газ поступает в парогенераторы 252, где отдает тепло на выработку пара. Прокачка теплоносителя в контуре осуществляется газодувкой 7. Для лучшего согласованиясоотношения мошностей быстрого и теплового реакторов и параметров теплоносителя ЗОвозможно часть теплоносителя из быстрогореактора направлять непосредственно в испарительную часть парогенератора 2 по линии 8,фВ этой схеме все оборудование первого контура (газодувки, система очистки теплоносителя и др,) является общим для обоих реакторов. Целесообразно иметь и общий корпус из предварительно напряженного железобетона.На фиг. 3 приведена одноконтурная схема АЭС с различными давлениями в быстром и тепловом реакторах, Для этого между реакторами расположена турбина. Термодина 46 мически наиболее эффективна эта схема при использовании конденсалионного цикла, например, с углекислотой в качестве рабочего тела и теплоносителя. Для углекислоты поЮ вышение давления в цикле более эффективно с точки зрения повышения к,п.дчем увеличение температуры подвода тепла.По этой схеме газ с давлением 150 о 400 ата и температурой 200-300 С постУЗЬ пает в быстрый реактор 1, нагревается в нем до 400-500 оС и затем направляется в турбину 9, где он расширяется до 100- 150 ата и затем поступает в тепловой вы 6сокотемпературный реактор 3. В нем газьнагревается до 600-800 С и направляетсяв турбину 10, в которой он расширяетсядо 65 ата,Далее газ охлаждается в регенераторе 11конденсируется в конденсаторе 12 и затемнасосом 1 3 закачивается обратно в генератор, где он нагревается до температурывхода в быстрый реактор 1. В случае применения углекислоты более эффективно применение схемы с двухступенчатым сжатием,сначала в газовой, а затем в жидкой фазе.Такая схема позволяет иметь более низкоедавление в тепловом реакторе (ниже давлениянасыщения т.е. ниже 60 ата), что техническиболее обосновано и, в то же время, иметьболее подходящее давление для быстрогореактора (выше 150 ата),Тепловой реактор во всех рассмотренных вариантах охлаждается высокотемпературным теплоносителем, что позволяет получить современные параметры пара и обеспечить достижение наибольшей энергонапряженности горючего. При этом высокие параметры пара достигаются при малых размерах парогенератора и малом расходе мощности на прокачку в двухконтурной схеме.В одноконтурной схеме достигается достаточно высокий к.п.д, (40%),Формула изобретения1, Атомная электростанция с несколькимиядерными реакторами, последовательно передающими тепло рабочему телу турбины вобщей термодинамической схеме, о т л ич а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения энергонапряженности и темпа воспро.изводства горючего, в низкотемпературнойчасти термодинамической схемы использован ядерный реактор на быстрых нейтронах, а для промежуточного нагрева и перегрева рабочего тела в высокотемпературной части термодинамической схемы использован ядерный реактор на тепловыхнейтронах.2. Электростанция по и. 1, о т л и -чаюшаяся тем, чтовкаждомреакторе используется собственный теплоноситель, например гелий в реакторе на тепловых нейтронах и углекислота в реакторена быстрых нейтронах,3, Электростанция по п. 1, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что между быстрыми и тепловыми реакторами включенатурбина, обеспечивающая необходимое соотношение давлений в реакторах,486893 Составитель А. ИсаевН, Коляда Техред .4. Богдан Корректо ельни Заказ 045/452 Тираж 575НИИПИ Государственного комитета Совпо делам изобретений и откр13.3035, Москва, Ж, Раущская Подписноета Министров СССтийнаб., д. 4/5 Филиал ППП фПатент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4