K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ

Transkript

1 ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ R E P U B L I K A (13) mi ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ (22] Přihlášeno (21) (PV ) (40) Zveřejněno (45) Vydáno (11) (BL) (51) Int. C1.2 B 01 J 1/00 (53) MDT [75] VLADIMÍR STĚPAN0V1Č ŠPAK, ALEXANDR MICHAILOVIC SUCHOTIN, AŕUtar vynálezu GALLI LEONIDOVNA PAVLOVA, ANATOLIJ MICHAILOVIC GREBENIK, LJUDMILA SERGEJEVNA NAJDENKOVA, NADĚŽDA JAKOVLEVNA LANTRATOVA, LENINGRAD a VASILIJ BORISOVIČ NESTERENKO, MINSK (SSSR] (54] Teplonosné médium pro elektrárny a způsob jeho výroby 1 Vynález se týká oblasti energetického hospodářství, především teplonosného média pro elektrárny a způsobu jeho výroby. Uvedené teplonosné médium se mňžo také používat jako pracovní těleso v atomových elektrárnách. Je známo použití kysličníku dusičitého (diméru] jako teplonosného média v elektrárnách a jako pracovního tělesa v elektrárnách. Při oběhu diméru kysličníku dusičitého okruhem elektráren dochází v elektrárnách k ukládání sraženin v různých chemických formách, ve formě kysličníků kovů, dusičnanu kovů a komplexů dusičnanů, což vyvolává zjev přenášení kovových hmot v okruhu, což je nežádoucí, nebot to může vést k ucpávání chladicích kanálů palivových článků, k jejich propalování a k přenosu aktivity v okruhu. To je podstatné pro jednookruhové elektrány, ve kterých teplonosné médium slouží také jako pracovní těleso turbin. Známé metody snížení přenosu kovových hmot v různých chemických formách se v podstatě redukují na zachycování kovových částic v různých chemických formách speciálními filtry, lapači. V okruzích s dimérem kysličníku dusičitého se k témuž ú- čelu používá předchozí pasivace povrchu. I za přítomnosti filtrů a při předběžné pasivaci povrchu se ale pozoruje přenos kovových hxnot v okruhu, který je ekvivalentní specifické radioaktivitě 20 Curie na 1 tunu teplonosného módia. 5 Proto se na teplonosná média, používaná v jaderných elektrárnách, kladou s ohledem na obsah korozivních příměsí vysoké požadavky. Je znám způsob výroby shora popsaného teplonosného média ochlazením oxidovaných nitrózních plynů za účelem odstranění přebytečné reakční vody, pohlcením 97 až 98% kyselinou dusičnou, izolací kysličníků ze získaného roztoku při bodu varu rozto- «ků, který je závislý na tlaku a obsahu kysličníků dusíku v roztoku a konečně kondenzací vylučujících se kysličníků dusíku při teplotě 10 C. Teplonosné médium, získané tímto způsobem obsahuje jako příměsi kyse- 20 linu dusičnou a vodu. Je nemožné odstranit tyto příměsi v procesu výroby a v procesu provozu vzhledem k velké hygroskopicitě hlavního produktu. Přítomnost uvedených příměsí vede k tomu, že teplonosné médium, 25 získané známým způsobem vyvolává zvýšený přenos kovových hmot v okruhu. Vynález si klade za základní úlohu vyvinout přídavkem přísady k diméru kysličníku dusičitého teplonosné médium pro elekso trárny, které by nevyvolávalo žádný přenos

2 3 1 8 Z 398 (i 2 kovových hmot v okruzích elektráren a také způsob výroby uvedeného. Tato úloha je vyřešena tím, že je navrženo teplonosné médium i pro elektrárny na bázi diméru kysličníku dusičitého, které podle vynálezu obsahuje i kysličník dusný v množství 0,5 až'3-hmotnostních procent. Přídavek takového množství kysličníku dusného k teplonosnému médiu změní jeho vlastnosti tak, že se'přenos kovových hmot v okruhu sníží o 70 až loonásobné množství. Dolní hranice obsahu kysličníku dusného v teplonosném médiu je stanovena minimální koncentrací kysličníku dusného, které vyvolá znatelné snížení přenosu kovových hmot v okruhu. Horní hranice je určena elasticitou par směsi kysličníku dusného a diméru kysličníku dusičitého a s tím spojenou rychlostí kondenzace teplonosného média v okruhu elektráren. S výhodou se pro elektrárny, které pracují v oblasti nedostatečného zatížení, používá teplonosné médium, které obsahuje 0,5 až 1,5 hmotnostních procent kysličníku dusného. Pro elektrárny, které pracují s teplonosným médiem v oblasti přetížení, se s výhodou používá teplonosné médium, které obsahuje 1,5 až 2,5 hmotnostních procent kysličníku dusného. Teplonosné médium s obsahem 0,5 až 1,5 hmotnostního procenta kysličníku dusného se s výhodou používá pro elektrárny, které se provozují za podmínek, při nichž maximální tlak v okruhu činí až 100 ata. S výhodou se. používá'teplonosné médium s obsahem kysličníku i dusného 1,5 až- 2;5 hmotnostního procenta-pro elektrárny, které se provozují za podmínek, při nichž maximální tlak-v okruhu, dosahuje 150. až 200 ata. To,', že se- teplonosné > média uvedených složení', doporučují' pro použití- v okruzích shora uvedených velikostí maximálního tla-> ku nevylučuje- jejich použití i při jiných parametrech okruhu. Vynálezem je také způsob výroby uvedeného teplonosného = média;. který spočívá v redukci par diméru kysličníku dusičitého redukčním - činidlem,- roztavenými dusitany alkalických i kovů,! při / téplotách, pohybujíc cích se okolo 270 = až'550 C,.přičemž se po-? užívá 1 až 115'-kg-diméru kysličníku;dusičitého a 1 kg-redukčního.činidlaj Pro výrobu teplonosného-média; které-obsahuje : 1,5 až.2;5-hmotnostních procent kysličníku'dusného,.se doporučuje,, aby se dn méri kysličníku dusičitého použil v množství 1 až 38 kg na li kg uvedeného redukčního činidla: Po redukci' diméru kysličníku- dusičitého se redukční-činidla mohou regenerovat tím, že se zahřejí na;teplotu 550 až 750 P C. Přídavek* kysličníku! dusného'- v, množství 0,5 až' 3~ hmotnostních" procent;., který, prakticky. neovlivní' teplotně: fyzikálnu charakter 15,0 4 ristické hodnoty teplonosného média, sníží významně (o-70 až looitiásobek) přenos kovové hmoty v okruhu. To je důležité pro ta zařízení.okruhu, z nichž dochází k přenosu 5, kovové hmoty maximální rychlostí. Při praktickém provádění energetických cyklů v rozmezí teplot 20 až 600 C v oblasti hlubokých teplot cyklu dochází ke zvýšenému přenosu kovu konstrukčních materiálů; zejména v io oblasti fázových přechodů do kondenzačních cyklů. Přídavkem kysličníku dusného -se - odstraní nebezpečí nadměrného zvýšení 1, aktivity cyklu přenosem kovové hmoty a odpadne nutnost používat komplikované filtry a čistící systémy. Způsob výroby teplonosného média podle vynálezu se provádí následovně. Kapalný dimér kysličníku dusičitého se odpaří v odpafovači (vyhřívaném zařízení). Potom se získané páry diméru kysličníku dusičitého vedou reaktorem, naplněným redukčním činidlem, rychlostí, která závisí na objemu a konstrukci reaktoru. Proces výro- " by teplonosného média spočívá na známé chemické reakci redukce diméru kysličníku dusičitého na kysličník dusný. Při způsobu podle vynálezu se redukce provádí roztavenými dusitany alkalických o kovů při teplotě 270 až 550 C. Dolní teplotní mez je dána bodem tání dusitanů alkalického- kovu, horní teplotní mez je dána teplotou, při níž dochází k intenzivnímu tepelnému rozkladu dusitanů. " Směs diméru kysličníku dusičitého se získaným kysličníkem dusným, vystupující ve formě par z reaktoru se ochladí za účelem kondenzace buď na teplotu +5-až-. 10 C nebo se ochladísna teploty G aipo- 40 hltí'kapalným dimérem kysličníku dusičitého,, ochlazeným na (teplotu +5 až 10 C. Obě varianty připouští následujícínastat vení složení teplonosného média dodatečným ' zředěním. kapalným dimérem kysli ční-.15 luudusičitého. Potřebná koncentrace kysličníku dusného v teplonosném médiu (0,5 až 3 hmotnostní procenta]' se dosáhne, použitím exaktně přesného množství. (1 až 115 kg) diméru so kysličníku dusičitého na-1. kg. redukčního činidla. V> závislosti' na zvoleném- redukčním činidle (dusitanu'alkalického kovu],,koncentraci získaného teplonosného média a stupni zužitkování redukčního činidla se spotře-í buje vždy na 1 kg'výchozího redukčního činidla 1 až 115 kg diméru kysličníku, dusičitého. Reakcí-diméru kysličníku. dusičitého s roztaveným dusitanem alkalického kovu so se poslední přemění na dusičnan: Proces regenerace redukčního činidla.' se provádí' tepelným: rozkladem-zíískmých dli-; sičnanů alkalických kovů' na dusitany při teplotě' 550.ažf750 C.'Proces rozkladuise pro-* as vádí buď v stejném reaktoru;, ve 'kterém i se vyrábělo' teplonosné médium nebo -v. libovolném.'jiném zařízení, které umožňuje zahrá-

3 t( na teploty 550 až 750 C. Po regeneraci redukčního činidla so múzo toto použít opět. pro výrobu teplonosného média. Proces regenerace se nemůže provést. V tomto případě se redukční činidlo po svém úplném využití nahradí. Účelnost použití,redukčního činidla v roztavené formě je možné odvodit z toho, že se při práci s pevnými, dusitany, po 2 až 3 hodinách provozu reakční rychlost 1,5 až 2násobně sníží a stupeň využití redukčního činidla na konci reakce nepřestoupí 00 %. Příčinou tohoto je obalení zrn redukčního činidla pevnými redukčními produkty,-, dusičnany.. P.ři' práci s taveninou se dusičnany rozpustí-v-tavenine dusitanu úplně a.nezabrání úplné reakci par s.redukčním činidlem. Bráce s- roztaveným redukčním činidlem je také výhodná v, případě provádění procesu- za' regenerace redukčního činidla. Přitom se odstraní operace rozmělňování, dohromady- stavené.- hmoty', odpadající při tepelném rozkladu dusičnanu alkalického kovu. Tím navržený způsob umožňuje získat tep,- lonosné médium, které obsahuje kysličník dusný v množstvích, která snižují přenos kovových hmot v okruhu o 70 až loqnásobek. Přitom použití redukčního činidla v roztaveném.stavu zaručuje 100% zhodnocení itohoto^redukčního.činidla. Pro snazší porozumění vynálezu. jsou elále uvedeny konkrétní příklady, které ilustrují navrhované teplonosné. médium a způsob jeho výroby. P ří k,l a d 1 Maximální přenos kovové hmoty- v energetickém okruhu z.nerezavějící chromniklové oceli-vykazuje následující parametry: W = 500 C; t rnii1. = 30 C; P = 25 at; V = 25 m/s, přičemž t max. znamená - maximální teplotu v okruhu, t min. minimální teplotu v okruhu, P tlak- v okruhu, V. rychlost proudění teplonosného média, a provozuje se pomocí* diméru kysličníku dusičitého, pozoruje se z oblastí varu a kondenzace teplonos-. ného média. Tato činí 100 kg/rok na 1 tunu Při přídavku 0,3 hmotnostních procent kysličníku dusného k.teplonosnému médiu snižuje se maximální rychlost, přenosu-hmoty. nal.kg/rok;na 1 tu^ nu Přiík-1 ad 2. Pro výrobu teplonosného média, které se vyznačuje obsahem 2. hmotnostních procent kysličníku dusného, vnáší" se kapalný, dimér kysličníku - dusičitého v množství 10 kg na 1 kg redukčního činidla'do odpařovače, odpařivše apotomse^vede reaktorem, 1 naplněnými taveninou; dusitanu, sodného, při teplotě 350 rychlostí '5 : kg/hod..páry;kysličníků 1 B1 S 4 7 dusíku, vystupující z reaktoru se ochladí, provedou.se sorpční sběrnou.nádobou, naplněnou kapalným dimérom kysličníku dusičitého v množství.11,5 kg na 1 kg.redukč-» ního činidla. Proces se provádí.až do úplného (100%) 'využití redukčního činidla. Získá se vždy na 1 kg spotřebovaného redukčního činidla 21,5 kg teplonosného, médlai s obsahem 2,0 hmotnostních procent kysličník m ku dusného. Pro opakované použití spotřebovaného redukčního činidla se toto regeneruje žíháním při teplotě 750 C po dobu 2 hodin. Po regeneraci vykazuje - tavenina následující složení: 15 /o. dusitanu sodného íi a 85 % dusiinanu: sodného. Po ukončení 6" regenerace se reaktor s taveninou ochladí na teplotu.310 C a.začne se s novou výrobou io P ř í k 1 a d. 3 Pro výrobu teplonosného média se použije využité redukční činidlo, dusitan, sodný, po jeho regeneraci analogicky, jako - v pří- 3i kládě 2. Regenerované redukční činidlo se může používat pro výrobu teplonosného média s libovolným obsahem kysličníku dusné 1 ho, jehož koncentrace je určena,množstvím použitého diméru kysličníku dusičitého. a«pro výrobu teplonosného média, s, obsa-: hem 2,5 hmotnostních procent kysličníku dusného se vnáší kapalný, dimér kysličníku dusičitého v množství 18 kg:na 1 kg regenerovaného dusitanu sodného do odpařovače,- 85 odpaří se a. potom se provádí reaktorem s taveninou redukčního činidla- rychlostí' 10 kg/hod. Teplota taveniny- v reaktoru činí 550 C. Páry kysličníků-dusíku, vystupující z reaktoru se kondenzují v chladiči a shro- «mažďují ve sběrné nádobě. Na 1 kg spotřebovaného dusitanu sodného se získá 17,0 kg 45 teplonosného média s obsahem kysličníku dusného 2,5 hmotnostních procent.. Po úplném (100%) využití dusitanu sodného se získá tavenina dusičnanu sodného. Tato tavenina se opět regeneruje analogicky jako v příkladě-2 a opět se využije pro výrobu»» Přikladl 4; 65 Pro výrobu teplonosného média s obsahem 3 hmotnostních procent kysličníku dusného se vnáší do odpařovače 11,6 kg dimé- " ru kysličníku dusičitého na*: 1: kg: dusitanu draselného; potom. se odpaří dimér-kysličníku' dusičitého a provádí, se reaktorem rychlostí; 4 kg/hod. Teplotai taveniny v. re-: aktoru:činí 450 C. Plynná-směs, vystupující z reaktoru se kondenzuje v chladiči -, a t shro-r mažd'uje:ve sběrné nádobě. Zíšká-.se.ll;4 kg teplonosného média s. obsahem i 3 hmotností nich procent kysličníku dusného. na; 1. kg spotřebovaného dusitanu draselného.. P,O. ú? plném spotřebování dusitanuidraselného-ob^ sáhuje" tavenina, pouze dusičnan: draselný. Spotřebovaná tavenina- se.regeneruje:zahřář

4 7 tím na teplotu 650 C. Procos se provádí po dobu 3 liodin. Po ukončení regenerace se získá tavenina, která obsahuje 18 % dusitanu draselného a 82 % dusičnanu draselného. Získaná tavenina se ochladí na teplotu 450 C a použije se pro výrobu teplonosného média prováděním par cllméru kysličníku dusičitého reaktorem analogicky jako v předchozích příkladech. Příklad 5 Pro výrobu teplonosného média s 1,0 hmotnostním procentem kysličníku dusného se používá redukční činidlo, získané v příkladě 4 regenerací spotřebovaného redukčního činidla. Získaná tavenina se ochladí na teplotu 480 C. Kapalný dimér kysličníku dusičitého v množství 58 kg na 1 kg regenerovaného dusitanu draselného se vnáší do odpařovače, odpaří se a potom se provádí reaktorem s taveninou rychlostí 5 kg/hod. Páry kysličníků dusíku, vystupující z reaktoru se kondenzují v chladiči a shromažďují se ve sběrné nádobě. Na 1 kg spotřebovaného dusitanu draselného se získá 57 kg teplonosného média s obsahem 1 hmotnostního procenta kysličníku dusného. Po úplném spotřebování [100%) dusitanu draselného se získá tavenina pouze dusičnanu draselného. Tato tavenina se opět regeneruje. Regenerace se provádí při teplotě 550 C po dobu 2 hodin. Přitom se získá tavenina, která obsahuje 2 hmotnostní procenta dusitanu draselného a 98 hmotnostních procent dusičnanu draselného. Tavenina, regenerovaná analogicky jako v příkladě 2 se opět používá pro výrobu Příklad S 4 7 i 8 Pro výrobu teplonosného média, které se vyznačuje obsahem 0,5 hmotnostního procenta kysličníku dusného, se vnáší kapalný dimér kysličníku dusného v množství 114,5 kilogramu na 1 kg výchozího redukčního činidla do odpařovače, odpaří se a provádí se taveninou směsi dusitanu lithného [20 procent) a dusitanu sodného [80 %) naplněným reaktorem. Proces se provádí při teplotě taveniny 270 C za provádění par cllméru kysličníku dusičitého rychlostí 5 kg/hod. Směs kysličníku dusného a dlméru kysliční- ku dusičitého, tvořící páry, která vystupuje z reaktoru, se kondenzuje v chladiči a potom se shromažďuje ve sběrné nádobě. Na 1 kg spotřebovaného dusitanu lithného se získá 114 kg teplonosného méclia s obsahem ío kysličníku dusného v tomto 0,5 hmotnostního procenta. Příklad 7 u Pro výrobu teplonosného média, které obsahuje 1,5 hmotnostního procenta kysličníku dusného, se vnáší kapalný dimér kysličníku dusičitého v množství 38,5 kg do odpařovače, odpaří se a provádí se rychlostí 4 ío kg/h reaktorem s taveninou, která obsahuje 30 % dusitanu lithného a 70 % dusitanu sodného při teplotě 300 C. Směs kysličníku dusného a dlméru kysličníku dusičitého vystupující z reaktoru se kondenzuje a shro- 25 mažďuje ve sběrné nádobě. Na 1 kg spotřebovaného dusitanu lithného se získá 38 kg teplonosného média s obsahem 1,5 hmotnostního procenta kysličníku dusného. so Příklad 8 Pro výrobu teplonosného média s obsahem 3 hmotnostních procent kysličníku dusného se používá dusitan sodný, proces se i9 ale provádí při neúplném [7%) využití redukčního činidla. Do reaktoru se vnáší 30 kg dusitanu sodného. Do odpařovače se vnáší 31 kg diméru kysličníku dusičitého, odpaří se a provádí se reaktorem s taveninou, za- <o hřátou na teplotu 350 C rychlostí 15,5 kg/ /hod. Proces se provádí po dobu 2 hodin až do změny koncentrace dusitanu sodného v tavenine ze 100 '% na 93 %. Páry směsi kysličníků, vystupující z reaktoru se konden- 45 zují a vedou do sběrné nádoby. Při tom se spotřebuje na 1 kg redukčního činidla 1 kg diméru kysličníku dusičitého a získá se 0,985 kg teplonosného média, které obsahuje 3 hmotnostní procenta kysličníku dusnéío ho. PREDMET 55 VYNÁLEZU 1. Teplonosné médium pro elektrárny na bázi kysličníku dusičitého, vyznačené tím, že obsahuje kysličník dusný v množství 0,5 až 3 % hmotnostních, přičemž popřípadě pro elektrárny, které pracují s podkritickými parametry teplonosného média, činí množství kysličníku dusného 0,5 až 1,5 % hmotnostních a pro elektrárny, které pracují s nadkritickými parametry teplonosného média, činí množství kysličníku dusného 1,5 až 2,5 % hmotnostních. 2. Způsob výroby teplonosného média podle bodu 1, vyznačený tím, že se páry diméru kysličníku dusičitého redukují redukčními činidly, roztavenými dusitany alkalických kovů, při teplotě 270 až 550 C a potom se regenerují, přičemž se dimér kysličníku dusičitého používá v množství 1 až 115 kg na 1 kg uvedeného redukčního činidla, přičemž výhodně pro elektrárny, které pracují s nadkritickými parametry teplonosného 00 média, které obsahuje kysličník dusný v množství 1,5 až 2,5 % hmotnostních, se používá 1 až 38 kg kysličníku dusičitého na 1 kg uvedeného redukčního činidla.

5 !J Způsob podlo bodu 2, vyznačený tím, ho regeneruje uvedené redukční činidlo tak, žo se po redukci dlméru kysličníku dusičité- že se zahreje na teplotu 550 až 750 C. *.SĽVďOgrufia, n. p., závod 7, Most