Введение
Основы термодинамики, в частности знание о регенеративных паросиловых
циклах, позволяют перейти от очень упрощенного теплового контура, который был
рассмотрен в самом начале к более подробной (но тоже упрощенной) тепловой схеме
АЭС. Говоря о тепловом контуре, мы рассматривали источники и потребители тепловой
энергии и устройство для прокачки теплоносителя – насос. Для контура многократной
принудительной циркуляции (КМПЦ), изображения теплового контура вполне соответствует
изображению тепловой схемы, другими словами присутствующие в схеме теплового контура
элементы (реактор, главный циркуляционный насос, и барабан сепаратор) соответствуют
реальным агрегатам имеющимся на АЭС. Поэтому устройство и технические характеристики
реактора РБМК-1000 и главного циркуляционного насоса ЦВН-8 были в общих чертах
рассмотрены раньше. Для второго теплового контура ситуация несколько иная, дело
в том, рассмотренная в начале схема не содержит большое количество устройств которые
имеются на АЭС и являются важными для понимания базовых принципов работы АЭС.
Например регенеративные подогреватели, это те элементы назначение которых, в сильно
упрощенных терминах теплового контура, трудно объяснить. Упрощенная тепловая схема
АЭС содержит все наиболее важные элементы, соответствующие реальным машинам и
агрегатам эксплуатируемые в составе реакторной установки. Упрощения этой схемы
заключаются в отсутствии управляющих элементов и элементов связанных с уплотнением
турбоагрегата. Проводившиеся в течение последних десяти лет 20 века, то есть в
90-е годы, радиоэкологические обследования
территории архипелага Новая Земля показали, что параметры, характеризующие
радиационную обстановку на островах, практически не изменяются во времени.
Некоторые
понятия и определения.
На тепловой схеме изображаются устройства, в которых
происходит изменение параметров (температуры, энталпии, давления, влажности и
т.д.) рабочего тела, в нашем случае, пара и воды. Довольно много оборудования
включено в схему параллельно по ходу движения рабочего тела, (например насосы
ГЦН). Так как параметры рабочего тела в одинаковых устройствах, включенных параллельно,
изменяются на одну и туже величину, то на тепловой схеме такие устройства обозначаются
одним элементом.
Например:
Давление при прохождении жидкости через насос
изменяется на величину напора создаваемого насосом. Если вода поступает по параллельным
трубопроводам в три работающих ГЦН то давление на входе в каждый насос одинаково
и равно предположим P1, а на выходе из насосов давление:
P2
= P1 + dP
где dP – напор создаваемый насосом.
Если все
насосы работают в нормальном режиме, то их напор dP одинаков и давление после
всех насосов P2 одинаково. На схеме в этом случае изображается один значок насоса
в котором происходит изменение давления теплоносителя от P1 до P2.
При описании
тепловой схемы и технологического оборудования часто используются перечисленные
ниже понятия и определения. Они являются общепринятыми и широко используемыми.
- Пар
отбора – пар отводимый из турбины на различных ступенях расширения, для использования
его тепловой энергии в различных целя, например для регенеративного подогрева.
- Дренаж
– вода полученная при конденсации пара обора в различных устройствах (кроме конденсатора)
например в подогреватели низкого давления.
- Основной конденсат
– вода полученная в конденсаторе, за счет конденсации расширившегося в турбине
пара (после совершения работы), и сливе в него (конденсатор) дренажей.
- Острый
пар – пар после барабана сепаратора направляемый, в частности, в сепаратор
пароперегреватель.
Описание упрощенной тепловой схемы АЭС.
По отдельным стадиям технологического процесса все теплоэнергетическое оборудование
одноконтурной АЭС подразделяют на реакторную, паро-турбинную и
конденсационную установки и конденсатно-питательный тракт. Взаимосвязь
между этими элементами образует тепловую схему станции.
Рассмотрим упрощенную
тепловую схему реакторной установки АЭС (смотри рисунок 1). Реакторная установка—источник
тепла, теплоноситель вода в реакторе нагревается и частично испаряется образуя
пароводяную смесь. В барабане сепараторе (БС) происходит разделение пароводяной
смеси на воду и пар, пар направляется на турбину. Турбина состоит из одного цилиндра
высокого давления (ЦВД) и четырех цилиндров низкого давления (ЦНД). В турбине
происходит расширение пара и соответствующая работа.
Так как, пар поступает
в турбину насыщенным то, расширяясь в турбине, он быстро увлажняется. Предельно
допустимая влажность пара обычно не должна превышать 8—12% во избежание интенсивного
эрозионного износа лопаточного аппарата каплями воды.
При достижении предельной
влажности весь пар выводится из цилиндра высокого давления и пропускается через
сепаратор – пароподогреватель (СПП), где он осушается и нагревается. Для подогрева
основного пара до температуры насыщения используется пар первого обора турбины,
для перегрева используется острый пар (смотри схему), дренаж греющего пара сливается
в деаэратор, дренаж полученный после осушки пара – в ПНД.
После сепаратора
– пароподогревателя пар поступает в цилиндр низкого давления. Здесь пар в процессе
расширения снова увлажняется до предельно допустимой влаж-ности и поступает в
конденсатор (К). Стремление получить от каждого килограмма пара возможно большую
работу и тем самым повысить к.п.д. заставляет поддерживать в конденсаторе возможно
более глубокий вакуум. В связи с этим конденсатор и большая часть цилиндра низкого
давления турбины находятся под разрежением. Тепло, передаваемое в конденсаторе
охлаждающей воде, безвозвратно теряется. Величину потерь можно снизить путем уменьшения
пропуска пара в конденсатор, что достигается направлением части пара в систему
регенеративных подогревателей воды. Турбина имеет семь отборов пара, второй отбор
используется для подогрева воды в деаэраторе, а отборы 3 – 7 используются для
подогрева основного потока конденсата в, соответственно, ПНД-5 - ПНД-1
(подогреватели низкого давления). Так как цикл рабочего тела замкнут, то весь
турбинный конденсат должен быть подан в барабан сепаратор. За счет работы насосов
давление повышается от величины, характерной для конденсатора, до давления в барабане
сепараторе, с учетом необходимости преодоления сопротивления тракта от конденсатора
до барабана сепаратора. Этот тракт делят на две части. Конденсатные насосы первой
ступени (КН1) забирают конденсат из водяного объема конденсатора и прокачивают
его через блочную очистную установку (БОУ), после чего, конденсатные насосы второй
ступени (КН2) прокачивают основной конденсат через охладитель дренажа (ОД) и регенеративные
подогреватели, называемые подогревателями низкого давления, до деаэратора (ДА)
назначение которого в схеме будет объяснено позже. В деаэраторном баке, давление
в котором выше атмосферного, создается определенный запас воды.
Питательным
насосом (ПН), обеспечивающим последующее повышение давления вплоть до рабочего
в барабане сепараторе, вода из деаэраторного бака подается в барабан сепаратор.
Где происходит ее смешение с водой контура многократной принудительной циркуляции.
Главными циркуляционными насосами (ГЦН), вода из барабана сепаратора подается
в активную зону реактора, цикл замыкается.
Весь тракт от конденсатора до барабана
сепаратора называют конденсатно-питательным, а его части до и после деаэратора
— конденсатным и питательным трактами соответственно. В регенеративных
подогревателях конденсат подогревается отборным паром турбин, конденсат которого
возвращается в систему (в конденсатор) .
Так как цилиндр низкого давления
турбины работает в области вакуума, то трубопроводы отборного пара к ПНД, сами
эти подогреватели по стороне греющего пара и линии конденсата греющего пара находятся
под разрежением.
Из цилиндра высокого давления отбор пара производится также
и для подогрева воды в сетевом подогревателе для отопления, вентиляции и горячего
водоснабжения (на схеме это не показано).
Таким образом, по конденсатно-питательному
тракту происходит увеличение давления и энтальпии рабочего тела. В реакторе установке
энтальпия пара увеличивается при постоянном давлении до максимальной величины
для данного цикла. Далее в паровой турбине энтальпия и давление пара непрерывно
уменьшаются до давления в конденсаторе, где в связи с конденсацией пара при постоянном
давлении энтальпия уменьшается до минимального значения для данного цикла, цикл
замыкается.
Упрощенная тепловая схема установки РБМК-1000
Обозначения:
 | -
пар отбора |
 | -
конденсат (дренаж) |
 | -
основной поток теплоносителя |
