Теоретическая часть (парогенераторы, ядерная физика)
Практическая часть в режиме он-лайн (парогенераторы)
Практическая часть в режиме он-лайн (парогенераторы)
Парогенераторы. Теоретическая основа.
Основные определения
Парогенератор на атомной электростанции - это устройство, которое при высоком давлении производит водяной пар за счет теплоты, передаваемой теплоносителем.
Атомная станция (АС) - это сооружения и комплексы с ядерными реакторами, необходимыми системами, устройствами и оборудованием для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающиеся в пределах определенной проектом АС территории с необходимыми работниками и документацией.
Атомная станция теплоснабжения (АСТ) - АС, предназначенная для производства тепловой энергии для целей отопления и горячего водоснабжения.
Атомная электрическая станция (АЭС) - АС, предназначенная для производства электрической энергии.
Атомная электротехнологическая станция (АЭТС) - АС, предназначенная для производства электроэнергии и энергии для технологических целей.
Классификация АЭС по типу ядерных реакторов
Реакторы на АЭС можно разделить по следующим принципам:
1. По компоновке, существуют следующие виды: баковая (интегральная, основное оборудование и активный теплоноситель I контура сосредоточены в баке реактора) и петлевая (разомкнутая).
2. По физическому процессу, существуют следующие виды: быстрые (жидкие металлы (Na, Pr-Bi, Pb)) и тепловые (газы (CO2, He), вода).
3. По типам Твэлов, существуют следующие виды: стержневые и шаровые.
Натриевые теплоносители имеют три контура на АЭС; свинцово-висмутовые, свинцовые, гелиевые имеют два контура; водяные имеют один контур.
Приведем основные типы ядерных реакторов в соответствии с применяемыми в них материалами теплоносителя и замедлителя:
1. PWR (pressurized water reactor) - реактор с водой под давлением, в котором легкая вода является теплоносителем и замедлителем. Например, ВВЭР - РФ; АР - США и т.д.
2. BWR (boiling water reactor) - кипящий реактор, в котором образование пара, подаваемого на турбины, происходит непосредственно в реакторе
3. FBR (fast breeder reactor) - реактор-размножитель на быстрых нейтронах, без замедлителя.
4. LWGR (light water graphite reactor) - графито-водный реактор, РБМК.
5. GCR (gas-cooled reactor) - газоохлаждаемый реактор. В качестве замедлителя используется графит.
В мире, наиболее распространенными являются водо-водяные и кипящие реакторы. В РФ эксплуатируются 10 АЭС: 20 ВВЭР, 13 канальных кипящих реакторов, 2 реактора на быстрых нейтронах.
Основные виды теплоносителей реакторных установок, их преимущества и недостатки
1. Вода
Преимущества: невысокая цена, доступность, обессоленная вода обладает невысокой коррозионной активностью.
Недостатки: низкая критическая температура, высокое критическое давление (необходимо толстостенное оборудование), радиолиз (выделение кислорода и водорода под действием облучения), хорошо растворяет газы, соли и другие вещества (увеличивается коррозионная активность), заметная способность поглощать нейтроны (использование обогащенного топлива).
2. Тяжелая вода (вода с высокой концентрацией изотопов кислорода или водорода)
Преимущества: слабая способность поглощать нейтроны.
Недостатки: высокая цена.
3. Жидкометаллические теплоносители (калий, натрий)
Преимущества: хорошие теплопередающие свойства (высокие тепловые потоки), высокие критические параметры (находятся в жидком состоянии в большом диапазоне температур и могут работать при низком относительном давлении).
Недостатки: слабо поглощают и замедляют нейтроны.
3.1 Натрий
Преимущества: наибольший коэффициент теплоотдачи (наибольшая температура на выходе), невысокие коррозионные свойства, невысокая температура плавления.
Недостатки: высокая активация нейтронами, бурная химическая экзотермическая реакция с водой, высокая химическая активность, требует специальных мер для сохранения его в чистом и жидком состоянии.
4. Газовые теплоносители (углекислый газ)
Преимущества: доступность, стойкость к высоким температурам и излучению, независимость температуры от давления.
Недостатки: плохие теплопередающие свойства, большие затраты на перекачку.
5. Тяжелые жидкометаллические теплоносители (свинец)
Преимущества: возможность реализовать естественную безопасность.
Недостатки: высокая температура плавления, высокая плотность и теплоемкость, повышенное эрозионное и вибрационное воздействие на элементы конструкций реактора.
6. Органические теплоносители (углеводороды-полифенилы)
Недостатки: радиационная и термическая неустойчивость, *не используются*.
Особенности конструкционных схем парогенераторов, обогреваемых органическими теплоносителями
По сравнению с водой, органические вещества возможно нагреть до более высоких температур, что позволяет рассматривать паротурбинный цикл с перегретым паром. Следовательно, парогенераторы могут состоять из пароперегревателя, испарителя и экономайзера. Малое давление теплоносителя по сравнению с давлением рабочего тела дает возможность организовать его движение в корпусе теплообменника в межтрубном пространстве. При такой схеме омывания поверхности нагрева все элементы парогенератора компонуются в одном корпусе. Кроме того, из-за своих теплофизических свойств, органические теплоносители не могут обеспечить высокой интенсивности теплообмена, поэтому поверхности нагрева будут весьма больших размеров.
Особенности конструкционных схем парогенераторов, обогреваемых жидкими металлами
Характерной особенностью является то, что схема АЭС должна состоять из трех контуров. В подобной схеме для передачи тепла от реактора рабочему телу имеется два теплообменных аппарата. Один из них отделяет контур теплоносителя с высокой радиоактивностью от контура теплоносителя без радиоактивности. Он называется промежуточным теплообменником. На него возложена задача локализации последствий возможной аварии при случайном контакте теплоносителя с водой.
Особенности конструкционных схем парогенераторов, обогреваемых газовыми теплоносителями
Теплообмен между газовым теплоносителем и поверхностью нагрева парогенератора происходит в основном за счет конвекции с низкими коэффициентами теплоотдачи. Теплоотдача за счет излучения может иметь место только при использовании многоатомных газов достаточно высокой температуры. Например, для углекислого газа при t < 600 градусов Цельсия доля излучаемого тепла невелика. Следовательно, для парогенераторов высокой единичной производительности потребуются поверхности нагрева весьма больших площадей.
Типы парогенераторов АЭС
В зависимости от наличия/отсутствия экономайзерного и/или пароперегревательного участков можно разделить парогенераторы на несколько типов:
Принятые обозначения на приведенном рисунке:
t1_vh - температура в первом контуре на входе
t1_v - температура в первом контуре на выходе
ts - температура насыщения
t_пв - температура питательной воды
d_tu - температурный напор в испарительной части
d_tп - температурный напор в пароперегревающей части
эк. - экономайзерный участок
исп. - испарительный участок
пп. - пароперегревающий участок
Для простейшей модели парогенератора характерны три основных участка, на которых происходят тепловые процессы:
- экономайзерный участок (на нем происходит нагрев рабочего тела от температуры на входе - tпв до температуры насыщения ts);
- испарительный участок (на нем происходит процесс испарения воды);
- пароперегревательный участок (на нем происходит перегрев пара до температуры t0).
Кроме того, парогенератор может не иметь выделенного экономайзерного и/или пароперегревательного участков, например, парогенераторы ПГВ-440 и ПГВ-1000. В таких аппаратах отсутствует экономайзерный участок и нагрев питательной воды до температуры насыщения происходит за счет части пара.
Для паропроизводящих установок существуют управляемые параметры парогенератора, которые оказывают непосредственное влияние на технологический процесс. К таким параметрам относятся температурный напор в испарительной части - δtи и температурный напор в пароперегревателе - δtп.
Значения температурных напоров зависят от материала поверхности нагрева парогенератора и определяются технико-экономической оптимизацией: при их уменьшении снижаются термодинамические потери, но возрастают поверхности нагрева и стоимость парогенераторов. В настоящее время рекомендуют следующие значения этих параметров: δtи = 8-15 °С; δtп = 10-20 °С.
Основные характеристики парогенераторов АЭС
1. Количество парогенераторов на реактор
2. Тепловая мощность Qпг, МВт
3. Паропроизводительность Dп, кг/с
4. Давление генерируемого пара p0, МПа
5. Температура пара T0, оС
6. Влажность пара (удельный унос влаги) y, %
7. Температура питательной воды tпв, оС
8. Расход продувки Dпр от D, %
9. Расход питательной воды Dпв, кг/с
10. Давление теплоносителя p1, МПа
11. Расход теплоносителя D1, м3/ч
12. Температура теплоносителя на входе/выходе t1вх,t1вых, оС
13. Чистота пара (концентрация примесей в паре) sп
Уравнения теплового и материального балансов парогенераторов АЭС
Уравнение материального баланса рабочего тела в парогенераторе АЭС:
Dпв = Dп + Dпр + Dун = Dп * (1 + p + y)
В парогенератор поступает питательная вода с расходом Dпв, она, в свою очередь, расходуется на произведенный пар с расходом Dп; на продувку, которая необходима для требуемого водно-химического режима (ВХР) и на унос капель влаги с зеркала испарения, имеющий расход Dун.
Уравнение теплового баланса в парогенераторе АЭС:
Qпг = Qподв * ηпг
ηпг - коэффициент, учитывающий тепловые потери в парогенераторе АЭС.
Уравнение теплового баланса в парогенераторе с ВВЭР:
Qпг = Qэ + Qu = Dпв * (h'o - hпв) + Dп * (h''o - h'o)
Отзывы:
Отзывов нет. 