41.Принципиальная схема одноконтурной аэс, ее работа. Достоинства и недостатки. Принципиальная схема аэс1.1. Основные схемы аэсЛ. Ф. Федоров, Н. Г. Рассохин ПРОЦЕССЫ ГЕНЕРАЦИИ ПАРА НА АТОМНЫХ ЭЛЕКТРО- СТАНЦИЯХ МОСКВА. ЭНЕРГОАТОМИЗ ДАТ.1985 УДК [621.311.25:621.039] :621.181 Федоров Л. Ф., Рассохин Н. Г. Процессы генерации пара на атомных электростанциях. М.: Энергоатомиздат, 1985. 288 с, ил. Описаны схемы и конструкции парогенераторов различных типов. Рассмотрены процессы теплопереноса во всех элементах парогенератора и способы интенсификации теплообмена. Дан анализ процессов гидродинамики одно- и двух-фазных потоков в каналах различной формы. Даны рекомендации по проектированию парогенераторов, описаны методы их исследования с помощью моделей и экспериментальных стендов. Для научных работников и инженеров, занимающихся исследованием и проектированием ядерных паропроизводящих установок. Табл. 1. Ил. 79. Библиогр. 63. Р е ц е н з е н т А. Л. Шварц © Энергоатомиздат, 1985 ПРЕДИСЛОВИЕ Современное развитие ядерной энергетики харак-теризуется массовым строительством ядерно-энергетических установок, вырабатывающих в ряде стран значительную долю энергии. Ни одна отрасль техники не развивалась так быстро. В нашей стране широко используются АЭС с корпус-ными и канальными ядерными реакторами, производство пара в которых осуществляется или в специальных теп-лоэнергетических устройствах — парогенераторах или не-посредственно в активной зоне реактора. Сложная взаи-мосвязь процессов, протекающих при производстве пара на парогенерирующих поверхностях реактора и пароге-нератора, предопределяет надежную продолжительную ра-боту этих элементов оборудования АЭС и безаварийное состояние станции. В данной книге сделана попытка описания некоторых процессов, протекающих в элементах парогенерирующего оборудования АЭС, с позиции современного представления о механизмах переноса теплоты и массы. Несмотря на то что исследованию процессов генерации пара посвящено достаточно большое количество работ, все же обобщающих зависимостей, описывающих процессы в конкретных реакторах и парогенераторах, крайне мало, и для инженеров, не имеющих достаточного опыта и занимающихся проектно-расчетными и экспериментально-исследовательскими работами, выбор расчетных формул и обоснование экспериментальных методик часто связаны с большими трудностями. Отличительная особенность данной книги заключается в том, что авторы стремились изложить материал по про-цессам генерации пара, гидродинамике и теплообмену применительно к конкретным геометрическим формам твэлов кассет и технологических каналов ядерных реакторов и теплопередающих поверхностей парогенераторов. Генерация пузырьков пара на теплообменных поверх-ностях, расположенных в свободном объеме, рассмотре- на с позиции принципа минимума свободной энергии тер-модинамической системы жидкость — пузырек — поверх-ность, а генерация на поверхностях различной геомет-рии — при направленном движении потока с учетом взаи-модействия основных сил, которые действуют на пузырек, растущий на поверхности до момента его отрыва. При-ведены результаты аналитических и экспериментальных исследований истинных характеристик пароводяного потока в простых и сложных каналах с учетом его трехгрупповой структуры, а также гидродинамические и физико-химические исследования некоторых элементов парогенерирующих систем. Описаны методики экспериментальных исследований процессов при парообразовании, рассмотрены конструкционные особенности элементов оборудования АЭС и основы их проектирования. Главы 3 — 10 написаны Л. Ф. Федоровым, главы 11 — 13 — Н. Г. Рассохиным. Остальные главы написаны совместно. Аналитические решения в § 3.4, 3.5, 6.4 выполнены В. Л. Федоровым. Авторы УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КНИГЕ tw — температура стенки ts— температура насыщения tf— температура потока i' — энтальпия воды при ts i — энтальпия потока r — теплота парообразования q — плотность теплового потока ρ'— плотность воды при ts ρ'' — плотность сухого насыщенного пара λ — коэффициент теплопроводности α — коэффициент теплоотдачи а — коэффициент температуропроводности ν — коэффициент кинематической вязкости μ — коэффициент динамической вязкости Ts = 273+ts — абсолютная температура насыщения Tw = 273+tw— абсолютная температура стенки σ — коэффициент поверхностного натяжения x — массовое паросодержание β — расходное паросодержание φ — истинное паросодержание Re — число Рейнольдса Рr — число Прандтля Ре — число Пекле Nu — число Нуссельта Fr — число Фруда τ — время g=9,81 —ускорение свободного падения Глава первая КОНСТРУКЦИОННЫЕ СХЕМЫ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ С КИПЕНИЕМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ В нашей стране на АЭС широко используются ядерные реакторы канального типа, в которых теплоноси-телем является вода, а замедлителем — графит. Такая конструкция была разработана в конце 40-х годов. На отдельных этапах развития отечественной ядерной энерге-тики конструкция канального реактора была применена в Первой в мире АЭС, Сибирской, Белоярской, Билибинской, Ленинградской, Курской, Смоленской АЭС и др. [10]. Реализация в блоке большой единичной мощности, улучшение удельных показателей АЭС и повышение эко-номичности станций свидетельствуют о важных преиму-ществах реактора данного типа. Первый энергоблок с канальным реактором (РБМК) электрической мощностью 1000 МВт (РБМК-1000) был введен в эксплуатацию в 1973 г. на Ленинградской АЭС им. В. И. Ленина. Этот реактор стал головным в большой серии действующих и сооружаемых энергоблоков на различных станциях общей мощностью от 4000 до 6000 МВт. Принципиальная схема энергоблока с реактором РБМК представлена на рис. 1.1. Реактор РБМК является гетерогенным канальным реактором, активная зона 5 которого имеет форму цилиндра. В вертикальные отверстия графитовой кладки активной зоны вставлены технологические каналы 4 и каналы системы управления и защиты (СУЗ) 3. В нижнюю часть технологических каналов по водоподводящим трубам 8 подается теплоноситель, который, поднимаясь вверх, подогревается до температуры кипения и затем испаряется. Пароводяная смесь по отводящим трубам 9 из технологических каналов подается в сепараторы 2.
Рис. 1.1. Принципиальная схема энергоблока с реактором РБМК На отводящих трубах установлена система контроля герметичности оболочек 1. В барабанах-сепараторах осуществляется разделение паро-водяной смеси. Из водяных объемов барабанов по опускным трубопро-водам 6 вода поступает в циркуляционные насосы 7, а затем в техно-логические каналы. Описанный тракт представляет собой контур с мно-гократной принудительной циркуляцией (МПЦ). В реакторе РБМК две автономные циркуляционные петли, каждая из которых отводит теплоту от половины тепловыделяющих кассет. В одну петлю входят два сепаратора пара, опускные трубопроводы, четыре главных циркуляционных насоса, всасывающий и напорный коллекторы, водоподводящие трубопроводы, технологические каналы и отводящие пароводяную смесь трубопроводы. В периоды пуска реактора, нормальной работы и начального расхолаживания циркуляция теплоносителя осуществляется насосами марки ЦВН-7 (центробежными, вертикальными, одноступенчатыми с уплотнением вала, исключающим выход теплоносителя в помещение). Расход насоса 8000 м3/ч, давление на выходе 2 МПа, абсолютное давление на всасе 7 МПа. Из сепараторов пар направляется в два турбогенератора высокого давления 12, на выходе из которых установлены сепараторы-паропере-греватели 13, в них осуществляется подсушка отработавшего в ступенях пара посредством подачи пара высоких параметров. Отработавший пар конденсируется в конденсаторах 14, конденсат насосами 15 подается в подогреватели и деаэраторы 16. Из деаэраторов питательными насосами 17 конденсат подается в барабаны по трубопроводам 18. В схеме предусмотрен бак аварийной питательной воды 10 с аварийным питательным насосом 11.
Рис. 1.2. Принципиальная схема установки с реактором ВК-50 В энергоблоке РБМК-1000 установлены две паровые турбины электрической мощностью 500 МВт каждая, ра-ботающие на насыщенном паре. В 1966 г; в нашей стране был сооружен и введен в эксплуатацию энергоблок электрической мощностью 50МВт с корпусным атомным реактором ВК-50, в котором кипение теплоносителя осуществляется в активной зоне. Расположение реактора и парогенератора в одном корпусе имеет некоторые преимущества, дающие возможность исключить первый контур или упростить его. На рис. 1.2 дана принципиальная схема установки с реактором ВК-50. Пароводяная смесь, образующаяся в активной зоне реактора 1, под-нимается вверх по рабочим кассетам и далее попадает в тяговый участок. На поверхности уровня воды в реакторе происходит отделение пара от воды. Вода по переливным окнам направляется в опускной участок 25, а пар отбирается из реактора по пароотводящим трубам 2 и направляется в сепаратор высокого давления 3. Подсушенный пар дросселируется в клапане 4, проходит сепаратор среднего давления 5 и направляется в турбогенератор 8. На пути между сепаратором среднего давления и паровой турбиной основной пар смешивается с паром, поступающим из вспомогательного парогенератора 6, в котором генерация пара осуществляется за счет теплоты, которая поступает с водой, отбираемой из реактора по трубопроводу 22. Вода, отдавшая в парогенераторе теплоту, циркуляционным насосом 20 по трубопроводу 21 возвращается в опускной участок реактора 25, После первой ступени турбины пар сепарируется во влагоотделите-ле 9, поступает во вторую ступень и на выходе из пес конденсируется в конденсаторе 10. Конденсат насосом 11 подается вначале в подогреватель 12, а затем в деаэратор 13. Подача питательной воды в парогенератор осуществляется по трубопроводу 23 питательным насосом 15. В реактор питательная вода подается насосом 14 по трубопроводу 18. Вода для охлаждения привода 24 системы СУЗ подается по трубопроводу 19. Для компенсации потерь воды предусмотрена выпарная установка водоочистки 16, из которой конденсат может подаваться непосредственно в реактор по трубопроводу 17. В процессе энергопуска и опытной эксплуатации установки ВК-50 проводилось опробование возможных режимов ее работы: раздельное получение пара в реакторе и парогенераторах, одновременная выработка пара в реакторе и парогенераторах с подачей получаемого пара в турбину и подачей пара только на вспомогательные конденсаторы 7. Исследования этих режимов работы позволили сделать вывод о целесообразности получения пара только в реакторе, так как это заметно сокращает количество находящегося в работе оборудования, повышает надежность установки и упрощает ее обслуживание. studfiles.net 41.Принципиальная схема одноконтурной аэс, ее работа. Достоинства и недостатки.1– реактор 2 – паровая турбина (ЦВД и ЦНД) 4 – конденсатор 5 – диаратор 6 – сепаратор 7 – паросборник 9 – конденсаторный насос 10 – циркуляционный насос 13 – электрогенератор Вода из паросборника с помощью циркуляционного насоса проходит реактор, где за счет теплоты выделяющейся в результате ядерных реакций проходит процессы испарения, парообразования, пароперегрева и направляется в паросборник. Из паросборника полученный перегретый пар попадает на лопатки ЦВД отрабатывает и после этого проходит сепаратор, где из него удаляется влага, после этого попадает на лопатки ЦНД отрабатывает, соосно работает электрогенератор. После чего пар проходит конденсатор, конденсируется и с помощью конденсаторного насоса направляется в диаратор, где из питательной воды удаляются газы в виде О2, СО2, которые могут вызвать коррозию. После чего вода с помощью питательного насоса направляется в паросборник, откуда с помощью циркуляционного насоса направляется в реактор. Достоинства: простота Недостатки: возможность радиоактивного загрязнения всего оборудования, что усложняет его эксплуатацию. Теплоноситель – вода. 42.Принципиальная схема двухконтурной аэс, ее работа.В двухконтурных АЭС контур первичного теплоносителя и рабочего тела разделены. 1– реактор 2 – паровая турбина (ЦВД и ЦНД) 3 – парогенератор 4 – конденсатор 5 – диаратор 6 – сепаратор 8 – компенсатор обмена 9 – конденсаторный насос 10 – циркуляционный насос 11 – питательный насос 12 – промежуточный (вторичный) пароперегреватель 13 – электрогенератор Во II контуре в качестве рабочего тела используется вода, в качестве теплоносителя – жидкий натрий. В питательном насосе питательная вода направляется в парогенератор, где за счет теплоты жидкого натрия, который нагревается в реакторе, вода превращается перегретый пар, после чего одна часть пара отрабатывает в ЦВД, а другая часть направляется в промежуточный пароперегреватель. Из промежуточного пароперегревателя пар попадает в ЦНД отрабатывает, и со статорной обмотки электрогенератора снимается напряжение. Из ЦНД пар попадает в конденсатор, где происходит его конденсация, а также конденсация пара из промежуточного пароперегревателя. Полученный конденсат с помощью конденсаторного насоса проходит в диаратор, где осуществляется процесс удаления агрессивных газов О2, СО2. Полученная питательная вода с помощью питательного насоса направляется на процесс парообразования в парогенератор. В I контуре в использовании жидкий натрий, с помощью циркуляционного насоса теплоноситель направляется в реактор, где в результате ядерных реакций выделяется тепло, он нагревается и направляется в парогенератор, где отдает тепло воде. Чтобы избежать в I контуре вскипания в нем поддерживается более высокое давление, чем во II контуре. Чтобы понизить давление можно использовать высоко кипящий теплоноситель (органические жидкости, жидкие металлы при отсутствии высокого давления). двухконтурная схема дает меньшую радиоактивность, что улучшает ее эксплуатацию. studfiles.net Принципиальная схема парогазовых установокПарогазовые электростанции представляют собой сочетание паровых и газовых турбин. Такое объединение позволяет снизить потери отработавшей теплоты газовых турбин или теплоты уходящих газов паровых котлов, что обеспечивает повышение КПД парогазовых установок (ПГУ) по сравнению с отдельно взятыми паротурбинными и газотурбинными установками. В настоящее время различают парогазовые установки двух типов: а) с высоконапорными котлами и со сбросом отработавших газов турбины в топочную камеру обычного котла; б) с использованием теплоты отработавших газов турбины в котле. Принципиальные схемы ПГУ этих двух типов представлены на рис. 2.7 и 2.8. На рис. 2.7 представлена принципиальная схема ПГУ с высоконапорным паровым котлом (ВПГ) 1, в который подается вода и топливо, как и на обычной тепловой станции для производства пара. Пар высокого давления поступает в конденсационную турбину 5, на одном валу с которой находится генератор 8. Отработавший в турбине пар поступает сначала в конденсатор 6, а затем с помощью насоса 7 направляется снова в котел 1.
Рис 2.7. Принципиальная схема пгу с впгВ то же время образующиеся при сгорании топлива в котле газы, имеющие высокую температуру и давление, направляются в газовую турбину 2. На одном валу с ней находятся компрессор 3, как в обычной ГТУ, и другой электрический генератор 4. Компрессор предназначен для нагнетания воздуха в топочную камеру котла. Выхлопные газы турбины 2 подогревают также питательную воду котла. Такая схема ПГУ обладает тем преимуществом, что в ней не требуется дымососа для удаления отходящих газов котла. Следует заметить, что функцию дутьевого вентилятора выполняет компрессор 3. КПД такой ПГУ может достигать 43 %. На рис. 2.8 показана принципиальная схема другого типа ПГУ. В отличие от ПГУ, представленной на рис. 2.7, газ в турбину 2 поступает из камеры сгорания 9, а не из котла 1. Далее отработавшие в турбине 2 газы, насыщенные до 16―18 % кислородом благодаря наличию компрессора, поступают в котел 1. Такая схема (рис. 2.8) обладает преимуществом перед рассмотренной выше ПГУ (рис. 2.7), так как в ней используется котел обычной конструкции с возможностью использования любого вида топлива, в том числе и твердого. В камере сгорания 3 при этом сжигается значительно меньше, чем в схеме ПГУ с высоконапорным паровым котлом, дорогостоящего в настоящее время газа или жидкого топлива.
Рис 2.8. Принципиальная схема пгу (сбросная схема)Такое объединение двух установок (паровой и газовой) в общий парогазовый блок создает возможность получить также и более высокие маневренные качества по сравнению с обычной тепловой станцией. Принципиальная схема атомных электростанцийПо назначению и технологическому принципу действия атомные станции практически не отличаются от традиционных тепловых станций. Их существенное различие заключается, во-первых, в том, что на АЭС в отличие от ТЭС пар образуется не в котле, а в активной зоне реактора, а во-вторых, в том, что на АЭС используется ядерное топливо, в состав которого входят изотопы урана-235 (U-235) и урана-238 (U-238). Особенностью технологического процесса на АЭС является также образование значительных количеств радиоактивных продуктов деления, в связи с чем атомные станции технически более сложны по сравнению с тепловыми станциями. Схема АЭС может быть одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Принципиальные схемы АЭС Одноконтурная схема (рис. 2.9,а) наиболее проста. Выделившееся в ядерном реакторе 1 вследствие цепной реакции деления ядер тяжелых элементов тепло переносится теплоносителем. Часто в качестве теплоносителя служит пар, который далее используется как на обычных паротурбинных электростанциях. Однако образующийся в реакторе пар радиоактивен. Поэтому для защиты персонала АЭС и окружающей среды большая часть оборудования должна иметь защиту от излучения. По двух- и трехконтурной схемам (рис. 2.9,б и 2.9,в) отвод тепла из реактора осуществляется теплоносителем, который затем передает это тепло рабочей среде непосредственно (например, как в двухконтурной схеме через парогенератор 3) или через теплоноситель промежуточного контура (например, как в трехконтурной схеме между промежуточным теплообменником 2 и парогенератором 3). На рис. 2.9 цифрами 5, 6 и 7 обозначены конденсатор и насосы, выполняющие те же функции, что и на обычной ТЭС. Ядерный реактор часто называют «сердцем» атомной электростанции. В настоящее время существует довольно много видов реакторов. В зависимости от энергетического уровня нейтронов, под воздействием которых происходит деление ядерного топлива, АЭС можно разделить на две группы: Под воздействием тепловых нейтронов способны делиться лишь изотопы урана-235, содержание которых в природном уране составляет всего 0,7 %, остальные 99,3 % ― это изотопы урана-238. Под воздействием нейтронного потока более высокого энергетического уровня (быстрых нейтронов) из урана-238 образуется искусственное ядерное топливо плутоний-239, которое используется в реакторах на быстрых нейтронах. Подавляющее большинство эксплуатируемых в настоящее время энергетических реакторов относится к первому типу. Принципиальная схема атомного энергетического реактора, используемого в двухконтурной схеме АЭС, представлена на рис. 2.10. Ядерный реактор состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, системы управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты. Активная зона реактора — область, где поддерживается цепная реакция деления. Она слагается из делящегося вещества, замедлителя и отражателя нейтронов теплоносителя, регулирующих стержней и конструкционных материалов. Основными элементами активной зоны реактора, обеспечивающими энерговыделение и самоподдерживающими реакцию, являются делящееся вещество и замедлитель. Активная зона отдалена от внешних устройств и работы персонала зоной защиты.
Рис. 2.10. Принципиальная схема энергетического атомного реактора: studfiles.net 41.Принципиальная схема одноконтурной аэс, ее работа. Достоинства и недостатки.1– реактор 2 – паровая турбина (ЦВД и ЦНД) 4 – конденсатор 5 – диаратор 6 – сепаратор 7 – паросборник 9 – конденсаторный насос 10 – циркуляционный насос 11 – питательный насос 13 – электрогенератор Вода из паросборника с помощью циркуляционного насоса проходит реактор, где за счет теплоты выделяющейся в результате ядерных реакций проходит процессы испарения, парообразования, пароперегрева и направляется в паросборник. Из паросборника полученный перегретый пар попадает на лопатки ЦВД отрабатывает и после этого проходит сепаратор, где из него удаляется влага, после этого попадает на лопатки ЦНД отрабатывает, соосно работает электрогенератор. После чего пар проходит конденсатор, конденсируется и с помощью конденсаторного насоса направляется в диаратор, где из питательной воды удаляются газы в виде О2, СО2, которые могут вызвать коррозию. После чего вода с помощью питательного насоса направляется в паросборник, откуда с помощью циркуляционного насоса направляется в реактор. Достоинства: простота Недостатки: возможность радиоактивного загрязнения всего оборудования, что усложняет его эксплуатацию. Теплоноситель – вода. 42.Принципиальная схема двухконтурной аэс, ее работа.В двухконтурных АЭС контур первичного теплоносителя и рабочего тела разделены. 1– реактор 2 – паровая турбина (ЦВД и ЦНД) 3 – парогенератор 4 – конденсатор 5 – диаратор 6 – сепаратор 8 – компенсатор обмена 9 – конденсаторный насос 10 – циркуляционный насос 11 – питательный насос 12 – промежуточный (вторичный) пароперегреватель 13 – электрогенератор Во II контуре в качестве рабочего тела используется вода, в качестве теплоносителя – жидкий натрий. В питательном насосе питательная вода направляется в парогенератор, где за счет теплоты жидкого натрия, который нагревается в реакторе, вода превращается перегретый пар, после чего одна часть пара отрабатывает в ЦВД, а другая часть направляется в промежуточный пароперегреватель. Из промежуточного пароперегревателя пар попадает в ЦНД отрабатывает, и со статорной обмотки электрогенератора снимается напряжение. Из ЦНД пар попадает в конденсатор, где происходит его конденсация, а также конденсация пара из промежуточного пароперегревателя. Полученный конденсат с помощью конденсаторного насоса проходит в диаратор, где осуществляется процесс удаления агрессивных газов О2, СО2. Полученная питательная вода с помощью питательного насоса направляется на процесс парообразования в парогенератор. В I контуре в использовании жидкий натрий, с помощью циркуляционного насоса теплоноситель направляется в реактор, где в результате ядерных реакций выделяется тепло, он нагревается и направляется в парогенератор, где отдает тепло воде. Чтобы избежать в I контуре вскипания в нем поддерживается более высокое давление, чем во II контуре. Чтобы понизить давление можно использовать высоко кипящий теплоноситель (органические жидкости, жидкие металлы при отсутствии высокого давления). двухконтурная схема дает меньшую радиоактивность, что улучшает ее эксплуатацию. studfiles.net |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
