Схема конденсационных электростанций на органическом ядерном топливе

Конденсационные электрические станции большой мощности на органическом топливе строятся в настоящее время в основном на высокие начальные параметры пара и низкое конечное давление (глубокий вакуум). Это дает возможность уменьшить расход теплоты на единицу выработанной электроэнергии, так как чем выше начальные параметры P 0 и 0t перед турбиной и ниже конечное давление пара Pк, тем выше КПД установки.

На рис. 1.1 представлены типичные тепловые схемы конденсационных установок на органическом топливе. По схеме (рис. 1 а) подвод теплоты к циклу осуществляется только при генерации пара и подогреве его до выбранной температуры перегрева пер t. По схеме (рис. 1. б), наряду с передачей теплоты при этих условиях, теплота подводится к пару и после того, как он отработал в части высокого давления (ЧВД) турбины.

Рис. 1 Типичные тепловые схемы паротурбинных конденсационных установок на органическом топливе без промежуточного перегрева пара (а) и с промежуточным перегревом (б)

Первую схему называют схемой без промежуточного перегрева, вторую — схемой с промежуточным перегревом пара. Как известно из курса термодинамики, тепловая экономичность второй схемы при одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном выборе параметров промежуточного перегрева выше.

По обеим схемам пар из парового котла 1 направляется в турбину 2, находящуюся на одном валу с электрогенератором 3. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе 4, охлаждаемом циркулирующей в трубках технической водой. Конденсат из турбины конденсатным насосом 5 через регенеративные подогреватели 6 подается в деаэратор 8. Деаэратор служит для удаления из воды растворенных в ней газов; одновременно в нем, так же как в регенеративных подогревателях, питательная вода подогревается паром, отбираемым для этого из отбора турбины. Деаэрация воды проводится для того, чтобы довести до допустимых значений содержание кислорода и углекислого газа в ней и тем самым понизить скорость коррозии в трактах воды и пара. Деаэрированная вода питательным насосом 9 через подогреватели 10 подается в котельную установку.

Электрические станции на органическом топливе всегда используют перегретый пар. В настоящее время температура пара перед турбиной обычно достигает 540−560 °С при давлении пара перед турбиной до 23,5 МПа.

На рис. 1.3 приводятся рабочие процессы расширения пара в турбине для паротурбинных установок, схемы которых показаны на рис. 1.1 и 1.2. В нашей стране паротурбинные установки конденсационного типа на органическом топливе работают по циклу без промежуточного перегрева (см. рис. 1.1) при начальных давлениях пара P0 до 8,8 МПа и температуре перегретого пара на входе в турбину 0t до 535 °C; по циклу с промежуточным перегревом начальные давления равны 12,7 и 23,5 МПа, а 0t =540−560 °С.

В таких условиях при обычных значениях конечного давления P = к 0,0035−0,0045 МПа влажность пара на выходе из проточной части турбины не превышает допустимых значений (13−14%).

Рис. 2 Рабочий процесс расширения пара в h-s — диаграмме для конденсационных установок на перегретом паре без промежуточного перегрева (а) и с промежуточным перегревом (б): 1 7 h h? — энтальпия пара в первом — седьмом отборах соответственно; 0 пк h h, — энтальпия пара на входе в турбину и конденсатор; s — энтропия;x — степень сухости

Схема АЭС может быть одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной.

На АЭС, работающей по одноконтурной схеме (рис. 1.4, а), пар образуется в активной зоне реактора и оттуда направляется в турбину. В некоторых случаях до поступления в турбину пар подвергается перегреву в перегревательных каналах реактора. Одноконтурная схема наиболее проста. Однако образующийся в реакторе пар радиоактивен, поэтому большая часть оборудования АЭС должна иметь защиту от излучений. В процессе работы электростанции в паропроводах, турбине и других элементах оборудования могут скапливаться выносимые из реактора с паром твердые вещества (содержащиеся в воде примеси, продукты коррозии), обладающие наведенной активностью, что затрудняет контроль за оборудованием и его ремонт.

Рис. 3.

По двухконтурной и трехконтурной схемам (рис. 3 и в) отвод теплоты из реактора осуществляется теплоносителем, который затем передает теплоту рабочей среде непосредственно или через теплоноситель промежуточного контура. На АЭС, работающих по двухконтурной или трехконтурной схеме, рабочая среда и теплоноситель второго контура в нормальных условиях нерадиоактивны, поэтому эксплуатация электростанций существенно облегчается. Кроме того, продукты коррозии паропроводов, конденсаторов и турбинного тракта не попадают в реактор. Однако капитальные затраты в этом случае значительно выше, особенно при трехконтурной схеме. Такие схемы следует применять, когда вероятность контакта активного теплоносителя с водой должна быть полностью исключена, например, при использовании в качестве теплоносителя жидкого натрия, так как его контакт с водой может привести к крупной аварии. В трактах АЭС, работающих по двухконтурной схеме, даже при небольших нарушениях плотности, возможен контакт активного натрия с водой, и ликвидировать аварию было бы довольно трудно. При трехконтурной схеме контакт активного натрия с водой исключен.

Рис. 4 Одноконтурная (я), двухконтурная (б) и трехконтурная (в) схемы АЭС: I — реактор; 2 — промежуточный теплообменник; 3 — парогенератор; 4 -турбогенератор; 5 — конденсатор; б — конденсатами насос; 7 — пар от отбора; 8 — пар на регенеративный подогреватель; 9, 13 — регенеративные подогреватели низкого и высокого давления; 10 — деаэратор; 11 — пар на деаэратор; 12 — питательный насос

Во всех приведенных на рис. 1.4 схемах конденсат после конденсатора турбины проходит систему регенеративного подогрева, которая, по существу, не отличается от применяемой на обычных электростанциях.

Технологическая схема первого контура двухконтурной АЭС показана на рис. 5.

Рис. 5 Технологическая схема первого контура АЭС: 1 — контейнер; 2 — бассейн; 3 — перегрузочный кран; 4 — реактор; 5 — мостовой кран реакторного зала; 6 — главная задвижка; 7 — главный циркуляционный насос; 8 — парогенератор; 9 — трубопроводы питательной воды; 10 — трубопроводы вторичного пара

Ядерное топливо, находящееся в тепловыделяющих элементах (твэлах) определенной формы, доставляется в контейнерах 1 на электростанцию и с помощью перегрузочного крана 3 загружается в активную зону реактора 4. Кассеты с отработавшими твэлами помещаются в бассейн 2, где выдерживаются в течение определенного времени. Когда радиоактивность горючего и материала кассет уменьшается до нормативных значений, кассеты в контейнерах вывозят на перерабатывающие заводы.

Теплота, выделяющаяся в реакторе и воспринятая теплоносителем, передается рабочей среде в парогенераторе (ПГ) 8. При трехконтурной схеме между теплоносителем первого контура и рабочей средой имеется еще промежуточный контур (см. рис. 1.4, в).

Пар, образовавшийся в ПГ (при двухконтурных и трехконтурных схемах) или в реакторе (при одноконтурной схеме), направляется по паропроводу к турбине. На схеме первого контура двухконтурной АЭС (рис. 1.5) пар направляется к турбине по трубопроводу 10, питательная вода подается в ПГ по линии 9.