OPIS PATENTOWY

POLSKA
RZECZPOSPOLITA
OPIS PATENTOWY
134176
Cl^TfcLNl
Patent dodatkowy
do patentu nr —
Zgłoszono: 79 11 21
(P. 233016)
Int. Cl3. G21D 9/00
Pierwszeństwo
URZĄD
PATENTOWY
PRL
Zgłoszenie ogłoszono: 80 09 22
Opis patentowy opublikowano: 1986 05 31
Twórca wynalazku: Maciej Kulig
Uprawniony z patentu: Instytut Energii Atomowej, Otwock-Swierk
(Polska)
Sposób rozdziału obciążeń cieplnych w systemie ciepłowniczym
zawierającym niskotemperaturowy reaktor jądrowy
i konwencjonalne źródło szczytowe
Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdziału
obciążeń cieplnych w systemie ciepłowniczym za¬
wierającym niskotemperaturowy reaktor jądrowy
i konwencjonalne źródło szczytowe, które zaopa¬
trują w ciepło odbiorców komunalnych.
Znane jest rozwiązanie techniczne niskotempera¬
turowego reaktora jądrowego stosowanego w cie¬
płownictwie i zasady współpracy tego obiektu z je¬
dnostkami szczytowymi typu konwencjonalnego,
opisane w publikacji L. Nilsson, M. Hannus: Secure
Nuclear District Heating Plant. Nuclear Technolo¬
gy, t. 38, kwiecień 1978 r. W tym rozwiązaniu układ
odprowadzania ciepła składa się z dwóch obiegów
wodnych: pierwotnego i pośredniego. Ciepło wy¬
twarzane w
mocy nominalnej, a pozostała część zapotrzebowa¬
nia na ciepło jest pokrywana przez konwencjonalne
kotły szczytowe.
W znanym rozwiązaniu reaktor jądrowy pracuje
przy zachowaniu stałej temperatury czynnika na
wyjściu z reaktora. Przy obniżeniu mocy reaktora
zmienia się temperatura czynnika chłodzącego na '
wejściu do reaktora. Stabilizacja temperatury chło¬
dziwa na wyjściu z reaktora jest związana z ist¬
nieniem reaktywności owego sprzężenia temperatu¬
ry chłodziwa w rdzeniu reaktora z mocą, które ma
istotne znaczenie ze względów bezpieczeństwa. W
warunkach stałej mocy utrzymywana jest stała
temperatura chłodziwa na wyjściu z reaktora nie¬
reaktorze przekazywane jest w wy¬
zależnie od obniżania się temperatury wody pow¬
mienniku pośrednim do obiegu pośredniego, a nas¬
racającej z sieci cieplnej jakie ma miejsce przy
wzroście temperatury zewnętrznej i obniżeniu za¬
tępnie oddawane w wymienniku sieciowym do sie¬
ci ciepłowniczej. Przepływ chłodziwa w obu obie¬
gach jest wymuszony przez
pompy
cyrkulacyjne
pierwotne i pośrednie pracujące ze stałą wydaj¬
nością. Przepływ wody po stronie sieciowej wy¬
miennika sieciowego jest regulowany zależnie od
obciążenia cieplnego reaktora. Dla umożliwienia
takiej
regulacji układ jest wyposażony w zasuwę
regulacyjną umieszczoną na rurociągu bocznikują¬
cym wymiennik po stronie sieciowej.
Znany jest sposób rozdziału obciążeń cieplnych
pomiędzy ciepłownią jądrową spełniającą rolę pod¬
stawowej oraz szczytowe jednostki konwencjonalne,
w którym ciepłownia jądrowa pracuje przez znacz¬
ną część sezonu ogrzewczego ze stałą mocą równą
134176
potrzebowania cieplnego sieci dla typowej regulacji
jakościowej sieci.
Przy takim sposobie regulacji temperatur w obie¬
gu pierwotnym reaktora przez cały okres pracy
w
podstawie,
maksymalna
temperatura
powierz¬
chni koszulki elementu paliwowego, która w przy¬
padku znanego reaktora ciepłowniczego jest wiel¬
kością ograniczającą odbieraną moc reaktora, jest
utrzymywana na stałym poziomie określającym gra¬
niczne warunki pracy układu.
Znane są rozwiązania techniczne
związane z
przedstawionym wyżej sposobem regulacji ciepłow¬
ni jądrowej, z których jedno przewiduje zastoso¬
wanie regulatora mocy wytwarzanej przez reaktor.
134 176
3
4
składającego się z regulatora pętli wewnętrznej re¬
gulującego moc neutronową reaktora oraz regula-
toy tinrlrzędmigo .stabilizującego temperaturę chło¬
dziwo I iikJwyjścyi 5 peaktora na zadanym pozio¬
mie. Układem wykonawczym regulatora jest układ
dozujący roztwór boru lub czystą wodę do obiegu
cfaB^e^ą^'|rfcatftorą! \ Zastosowano ponadto układ
stfcbiliBoeji • temperatury wyjściowej lub wejścio¬
wej wody po stronie sieciowej wymiennika sie¬
ciowego oraz przepływu czynnika w wymienniku
sieciowym i w magistrali ciepłowniczej, który se¬
paruje reaktor przed wpływem szybkich zakłóceń
temperaturowych po stronie sieci wynikających ze
stanów
awaryjnych.
Elementami
wykonawczymi
tego regulatora są odpowiednie zasuwy regulacyj¬
ne.
Sposób według wynalazku polega na zwiększaniu
mocy ciepłowni jądrowej powyżej wartości nomi¬
nalnej przez dostosowywanie parametrów tempe¬
raturowych w układzie odprowadzania ciepła re¬
aktora jądrowego do zmieniającej się temperatury
wody powracającej z sieci.
Według wynalazku obniża się temperaturę chło¬
dziwa na wyjściu z reaktora i temperaturę chło¬
dziwa na wejściu do reaktora w miarę wzrostu
temperatury zewnętrznej i towarzyszącym jej ob¬
niżeniu temperatury wody powracającej z sieci.
Zmiana temperatur na wejściu i wyjściu z reakto¬
ra pozwala na zwiększenie ilości ciepła, które mo¬
że być odprowadzane przez układ wymiany ciepła,
przez co można zwiększyć moc reaktora powyżej
mocy nominalnej. Zmiany te uzyskuje się przez
korygowanie odpowiednich nastaw regulatora mocy
w jego pętli wewnętrznej i pętli nadrzędnej sta¬
bilizującej temperaturę na wyjściu reaktora. Przy
ustaleniu odpowiednich nastaw mocy i temperatu¬
ry wykorzystywane są odpowiednie charakterysty¬
ki temperaturowe układu ciepła uzyskane z wa¬
runku maksymalizacji mocy cieplnej układu przy
zachowaniu
stałej
temperatury powierzchni
ko¬
szulki elementu paliwowego reaktora, na poziomie
wartości granicznej charakterystycznej dla nomi¬
nalnych warunków pracy reaktora.
Sposób według wynalazku pozwala na zwiększe¬
Ciepło to przekazywane jest za pośrednictwem wy¬
miennika P i obiegu pośredniego do sieci ciepło¬
wniczej w wymienniku sieciowym S, do którego
napływa woda powracająca z sieci o temperaturze
Tsi. Wykres obrazuje sposób regulacji temperatury
na wyjściu z reaktora T2, w zależności od tempe¬
ratury wewnętrznej otoczenia, pozwalający na zwię¬
kszenie ilości ciepła przekazywanego do sieci cie¬
płowniczej przez elektrociepłownię jądrową i zwię¬
kszenie udziału ciepłowni jądrowej w pokrywaniu
całkowitego zapotrzebowania na ciepło Qs przez
układ złożony z ciepłowni jądrowej i kotłów szczy¬
towych. Liniami przerywanymi na wykresie oz¬
naczono charakterystyki temperatur Tx i T2 oraz
mocy cieplnej ciepłowni jądrowej Qcj, odpowia¬
dające powszechnie stosowanemu sposobowi regu¬
lacji układu, w zależności od zmian zewnętrznej
temperatury otoczenia i odpowiednich zmian tem¬
peratury wody powracającej z sieci TSi, polegają¬
cemu na utrzymaniu stałej temperatury na wyjściu
z rdzenia reaktora T2, co prowadzi do zachowa¬
nia stałej temperatury na wejściu do rdzenia Ti
i stałej mocy ciepłowni jądrowej Qcj = const.
Sposób według wnalazku polegający na regulo¬
waniu temperatury na wyjściu z rdzenia reaktora
T2 zilustrowany został na rysunku liniami ciągłymi.
Na rysunku przedstawiono temperaturowe chara¬
kterystyki układu T2, Ti oraz odpowiadającą im
charakterystykę mocy ciepłowni jądrowej Qcj w
zależności od temperatury otoczenia, uzyskane z
warunku maksymalizacji mocy reaktora bez prze¬
kroczenia granicznej temperatury koszulki elemen¬
tu. Na podstawie przedstawionych charakterystyk
można
cych danej
jednoznacznie
wartości
wartości
Tsi. Ze względu na wolny
charakter zmian średniej temperatury wody pow¬
racającej z sieci zmiany odpowiednich nastaw mo¬
gą być dokonywane ręcznie kilka razy w ciągu
sezonu ogrzewczego. Na rysunku pokazana została
w formie zakreskowanego pola OMN maksymalna
nadwyżka ciepła wyprodukowanego w ciągu sezonu
ogrzewczego dzięki zastosowaniu sposobu według
wynalazku.
nie ilości ciepła wytworzonego w ciągu roku przez
ciepłownię jądrową i zmniejszenie ilości ciepła
przyporządkować
nastaw mocy ^cj i temperatury T2 odpowiadają¬
Zastrzeżenie
patentowe:
temie. J>o jego realizacji nie są potrzebne żadne
Sposób rozdziału obciążeń cieplnych w systemie
ciepłowniczym zawierającym niskotemperaturowy
reaktor jądrowy i konwencjonalne źródło szczyto¬
we, przy czym ciepło wytwarzane w reaktorze
przekazywane jest w wymiennikach przeponowych
dodatkowe nakłady inwestycyjne, a wymagane jest
do
jedynSę zastosowanie paliwa jądrowego o odpowie¬
ciowego, znamienny tym, że obniża się temperaturę
wytworzonego przez kotły szczytowe. Przy istnie¬
jących relacjach cen paliwa jądrowego i konwen¬
cjonalnego, sposób ten wpływa na obniżenie jed¬
nostkowych kosztów energii produkowanej w sys¬
dnio wyższym wzbogaceniu.
Wynalazek jest bliżej objaśniony na rysunku
przedstawiającym uporządkowany wykres zapotrze¬
bowania ciepłą i wykresy temperatur dla przykła¬
dowego rozwiązania ciepłowni jądrowej o mocy
obiegu pośredniego i następnie do obiegu sie¬
chłodziwa na wyjściu z rdzenia reaktora (T2)
i zwiększa się moc reaktora (Qcj) powyżej war¬
tości nominalnej przez zmianę odpowiednich nas¬
taw regulatora mocy w miarę obniżania się tem¬
peratury wody powracającej z sieci (Tsi), w taki
Do rdzenia reaktora tłoczona jest woda o tem¬
sposób, że maksymalna temperatura koszulki ele¬
mentu paliwowego jest utrzymywana na poziomie
peraturze ;Ti, która przejmując wytworzone w re¬
aktorze ciepło ogrzewa się do temperatury T2.
wartości granicznej charakterystycznej dla nomi¬
nalnych warunków pracy reaktora.
200 MW.
134 176
-20 -10