Парогенератор АЭС реактора БН-600

Атомная энергетика
Описание атомной станции малой мощности
Описание реакторной установки
Параметры реакторной установки
Основные решения по конструкции активной зоны
Парогенератор обеспечивает выработку пара
Компенсатор давления
Описание систем реакторной установки
Системы аварийной остановки реактора
Система аварийного охлаждения активной зоны
Локализующие системы безопасности
Обеспечивающие системы безопасности
Технологическая схема сборки твэла
Ионизирующие излучения
Принцип работы атомных электрических станций
Надежность АЭС
Реакторы типа РБМК-1000
Реакторы типа ВВЭР
(водо-водяные энергетические реакторы)
Принцип работы теплоэлектрических
преобразователей
Характеристики
современных термоэлектропреобразователей
.
Проект второй очереди Нововоронежской АЭС
Повышение безопасности энергоблока №4 НВАЭС
Особенности ядерных реакторов
Основные этапы ядерного топливного цикла

Топливо ядерных реакторов

Парогенератор АЭС реактора БН-600.
Задача: найти расход теплоносителя,
тепловую мощность
Задача: рассчитать толщину стенок труб
теплопередающей поверхности
Задача: рассчитать геометрические
размеры парогенератора.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Парогенератор.

Гидроэлектрические станции
 

Применение на АЭС жидкометаллических теплоносителей в настоящее время обуславливается необходимостью внедрения в ядерную энергетику реакторов на быстрых нейтронах, требующих высоких удельных теплосъемов в активной зоне.

Одновременно обеспечиваются любые параметры паросилового цикла с использованием серийных турбин. Жидкие металлы в отличие от других жидкостей имеют простую атомную структуру, практически не разлагаются под действием излучения и нагрева в активной зоне реактора. Их высокая температура кипения и низкое давление насыщенных паров не ограничивают температуру нагрева при самых малых давлениях в контуре.

Жидкие металлы обладают весьма ценными физическими свойствами. В первую очередь это относится к теплопроводности, которая выше, чем у воды в 10-100 раз. Поэтому интенсивность теплообмена для всех жидких металлов, намного выше, чем для воды. Теплоемкость жидких металлов невысока. Однако это не приводит к увеличению расхода теплоносителя, так как высокая интенсивность теплообмена позволяет получать значительную разность температур теплоносителя на входе в реактор и на выходе из него. Несмотря на существенные недостатки, такая как, высокая химическая активность по отношению к воде и воздуху и активация в реакторе, наиболее эффективным жидкометаллическим теплоносителем все же является натрий (Na). Na обладает самой высокой из всех теплопроводностью, его плотность и вязкость такие же как у воды, а теплоемкость выше, чем у других жидких металлов (кроме лития). В связи с этим для всех осуществленных и строящихся АЭС в качестве жидкометаллического теплоносителя выбран Na. Среди четырех схем реакторов с натриевым теплоносителем, находящимся в эксплуатации с интегральной по одному в России (БН-600), в Англии и Франции: один реактор с контурной компоновкой в России (БН-350). Дальнейшее развитие АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем предполагает рост высоких температур теплоносителя для повышения температуры нагрева и соответственно тепловой экономичности блоков конструкции ПГ на жидком металле развились от U-образной компоновки типа БН-600. Здесь движение натрия и пара происходит по противоточной схеме. Натрий движется в межтрубном пространстве, продольно омывая пучок труб. Трубы в ширине расположены по треугольной решетке. Для уплотнения углов крепления предусмотрены трубные доски.

Надежность ПГ может быть повышена при осуществлении промежуточного перегрева пара не в парогенераторе, а в теплообменнике, а в теплообменнике за счет теплоты свежего пара. Основные требования, которыми следует руководствоваться при выборе типа ПГ, является высокая надежность, экономичность, безопасность ПГ и всей АЭС при контакте Na с водой.

В настоящее время на АЭС в качестве жидкометаллического теплоносителя применяется только натрий. Из-за его сильной  активации в реакторе и химической активности по отношению к воде и воздуху схема АЭС с реакторами, охлаж­даемыми жидким натрием, должна состоять из трех контуров (рис. 1). В трехконтурной 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 этот теплообменник возложена также задача локализации последствий возможной аварии при случайном контакте Na с водой в ПГ. В нем происхо­дит передача тепла от нагреваемого в реакторе теплоносителя другому, циркулирующему в системе промежуточного теплообмен­ника ПГ. Эта система называется промежуточным контуром. Теп­лоносителями промежуточного контура могут быть Na или сплав Na—К. Более целесообразно применение Na не только из-за его лучших теплофизических свойств, но и вследствие нецелесообраз­ности увеличения числа веществ, используемых на АЭС.

Поверхность теплообмена промежуточного теплообменника омывается однофазными средами. Поэтому подход к выбору его конструкционной схемы такой же, как для экономайзера ПГ, обогреваемого водой. В проектах первых установок конструкция промежуточного теплообменника усложнялась и выполнялась с двумя самостоятельными поверхностями теплообмена (как это по­казано на рис.1, поз. 7): одна — для первичного теплоносителя, вторая — для промежуточного. Пространство между поверхностя­ми заполнялось теплопроводной жидкостью Na, Na—К или твер­дыми прослойками (например, трубки в матрицах из металла, как на установке «Даунри», Великобритания). При наличии трех контуров и хорошо отработанной предохранительной системы вы­полнение теплообменника с двумя поверхностями теплообмена нецелесообразно. Для того чтобы при нарушении плотности теп­лообменника радиоактивный Na не попадал во второй контур, давление в нем поддерживается несколько большим, чем в первом контуре.

Схема производства пара на трехконтурной АЭС с реактором, обо­греваемым жидким калием

Рис.1. Схема производства пара на трехконтурной АЭС с реактором, обо­греваемым жидким калием:

1 — реактор; 2 — компенсаторы объема; 3 — биологическая защита реактора; 4 — биологическая защита промежуточного контура; 5 — ПГ; 6 — насос промежуточного контура; 7 — промежуточный теплообменник; 8 — насос первого контура

В качестве примера ПГ трехконтурных АЭС рассмотрим конструкцию ПГ АЭС с реактором БН-600.

В каждом циркуляционной петле реактора установлено по одному ПГ, состоящему из восьми секций (рис.2.), соединенных параллельно по теплоносителю и рабочему телу. 

Секция ПГ установки БН-600

Рис. 2. Секция ПГ установки БН-600:

А - модуль промежуточного пароперегревателя; Б - модуль испарителя; В — модуль основного пароперегревателя; а - вход калия в ПГ; б - выход калия из ПГ; в - вход питательной воды в испаритель; г - выход пара из испарителя; д - вход пара в пароперегреватель; е — выход пара из пароперегревателя; ж - вход пара в промежуточный пароперегреватель; з - выход пара из промежуточного па­роперегревателя; 1 - выходная камера пара промежуточного пароперегревателя; 2 — корпус модуля промежуточного пароперегревателя; 3 - входная камера пара промежуточного пароперегревателя; 4 - выходная камера пара испарителя; 5 -трубки теплопередающей поверхности испарителя; 6 - корпус модуля испарителя; 7 — входная камера питательной воды; 8 - дроссельное устройство; 9 - раздающая камера калия испарителя; 10 - тепловая изоляция; 11 - трубная доска; 12 -входная камера пара пароперегревателя; 13 - корпус модуля пароперегревателя; 14 — выходная камера пара пароперегревателя

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ПГ

При выборе схемы учитывались температурные и физико-химические условия работы теплопередающей поверхности парогенератора, а так же конструкционные факторы.

Так как в пароперегревателе температурные и физико-химические условия требуют использования аустенитной стали, а в испарители – стали перлитного класса, то целесообразно расположить эти два элемента в отдельных модулях. Для того чтобы не допустить попадания капелек влаги из испарителя в пароперегреватель, следует осуществить небольшой начальный перегрев пара в испарителе.

 Целесообразно, объединить в одном модуле подогрев воды до состояния насыщения, испарение и начальный перегрев пара.

Основной и промежуточный пароперегреватели соединены по теплоносителю параллельно. Последовательное их включение невозможно из-за небольшого температурного напора. Чтобы не усложнять конструкцию, целесообразно эти два элемента ПГ

Атомная энергетика