Параметры пара ПГ, обогреваемых водой под давлением.

Рассматриваемые ПГ устанавливаются на АЭС с водоводяными энергетическими реакторами (ВВЭР), охлаждаемые водой под давлением. Последние не допускают вскипания теплоносителя в их активной зоне, следовательно, температура теплоносителя на выходе из реактора (на входе в ПГ) t; всегда должна быть ниже температуры насыщения , соответствующей давлению воды Р1 < контура теплоносителя. Недогрев теплоносителя до : , гарантирует исключение парообразования.

О параметрах теплоносителя и рабочего тела можно судить на основании диаграммы t – Q (рис. 2-16).

 

Рис.2-16.Диаграмма t-Q парогенератора

Из теплофизических свойств воды видно, что температурный уровень охлаждения реакторов типа ВВЭР не высок. Теоретически не может быть выше критической . Практически все действующие реакторы типа ВВЭР имеют давление теплоносителя не более 17 МПа, что обеспечивает .

Минимальный температурный напор имеет место на выходе теплоносителя из испарителя ПГ и находится в пределах 10 – 20 .

При таких температурных напорах расчетная величина поверхности нагрева оказывается достаточно большой, что затрудняет изготовление ПГ в виде одного агрегата для реактора большой единичной мощности. Но установка нескольких ПГ на реактор (наличие нескольких циркуляционных петель) устраняет этот недостаток.

Давление генерируемого пара определяется возможным значением рабочего тела, которая зависит как от температуры теплоносителя на выходе из испарителя , так и от величины : .

Для обеспечения наибольшего значения необходимо иметь минимальное значение и максимальное значение . Этого можно добиться лишь путем незначительного охлаждения теплоноситель в пароперегреватель.

Рис.2-17.Принципиальная тепловая схема (а) и t-Q-диаграмма (б) парогенератора, обогреваемого водой под давлением

 

На t – Q – диаграмме ПГ погруженного типа (без экономайзерного и пароперегревательного участков (рис. 2-17)) величина отсчитывается от , которая определяется технико-экономическими расчетами. Из уравнения теплового баланса парогенераторной установки следует, что расход теплоносителя обратно пропорционален разности его температур на входе и выходе из ПГ.

(2 – 1)

Где - расход теплоносителя, кг/с; D – паропроизводительность ПГ, кг/с; - энтальпия генерируемого пара и питательной воды, Дж/кг; - теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг К); - температура теплоносителя на входе и выходе ПГ, ; = 0,98 – К.П.Д. парогенератора.

Исходя из технико-экономических обоснований охлаждение теплоносителя в данном ПГ принимается равным . Современные ПГ, обогреваемые водой под давлением, могут генерировать пар давлением не более 7,5 МПа, при этом пар может быть как сухой насыщенный, так слегка перегретым.

Все отечественные ПГ для АЭС с реакторами ВВЭР вырабатывают сухой насыщенный пар; максимальное давление пара равно 6,5 Мпа. Теплотехническая схема ПГ выполнена без пароперегревателя и водяного экономайзера. Подогрев питательной воды до осуществляется в испарителе за счет конденсации некоторого количества пара.

Прямоточные ПГ, генерирующие пар давлением 6,2 МПа с перегревом на 20 , эксплуатируются на ряде американских АЭС.

2.3.2. Параметры пара ПГ, обогреваемых жидким металлом.

Выбор температуры теплоносителя на выходе из реактора определяется исходя из получения пара высоких параметров и обеспечения надежности работы оборудования.

Генерирующей средой ПГ на АЭС с реакторами, охлаждаемыми жидким натрием, является нерадиоактивный натрий промежуточного контура. Наличие промежуточного теплообменника снижает температуру натрия, поступающего на вход в ПГ, приводит к снижению параметров генерирующего пара. С помощью снижения этого недостатка температурный напор в промежуточном теплообменнике принимается минимальным, равным 15-25 . Применительно к установке БН – 600 температура натрия на входе в ПГ равна 520 , а на выходе – 372 , следовательно, . На основании оптимизационных расчетов установлено, что эта величина 150 – 200 .

Современные ПГ, обогреваемые жидким натрием, предназначение для генерации перегретого пара с параметрами 13 – 16 МПа, 500 – 540 На установках БН – 600 ПГ вырабатывают перегретый пар давлением 14 МПа с температурой 505 ; осуществляется вторичный перегрев пара до начальной температуры.

2.3.3. Параметры пара ПГ, обогреваемых газом.

Газовые теплоносители, так же как и жидкометаллические, относятся к группе высокотемпературных. Их температура на выходе из реактора зависит от вида используемого топлива (природный или обогащенный уран), металла покрытия ТВЭлов (магниевый сплав, сталь) и рабочего давления газа.

На английских АЭС первого поколения подогрев углекислого газа (СО2) в реакторе составляет ; при параметрах теплоносителя и возможна генерация перегретого пара низких давлений (1,5-2,0 МПа).

Анализ термодинамических циклов показывает, что в данном случае целесообразно осуществлять генерацию пара двух давлений: пар повышенного давления, отработав в ЦВД турбины, смешивается с перегретым паром пониженного давления, и смесь направляется в ЦВД турбины.

Исследование термодинамических циклов показывает, что с увеличением температур цикл двух давлений начинает все менее отличатся от цикла одного давления. Так, при переходе гелиевый теплоноситель с при увеличении температур теплоносителя , при которых возможна генерация перегретого пара с , более целесообразным оказывается производство пара одного давления. Рекомендуется оптимальное значение питательной воды для цикла двух давлений и для цикла одного давления.