Циклы ядерных энергетических установок. Циклы газотурбинных установок

1.12.3.Циклы ядерных энергетических установок

На атомных электростанциях (АЭС) используются ядерные энергетические установки, в которых для получения рабочего тела используется теплота, выделяющаяся в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжелых элементов (в основном урана-235). Эта теплота воспринимается теплоносителем в реакторе и через него передается рабочему телу – воде и пароводяной смеси.

В двухконтурной АЭС (рис.1.50) теплоносителем является некипящая вода высокого давления, которая передает теплоту деления рабочему телу (кипящей воде) в парогенераторе. Контур теплоносителя замкнут и называется первым контуром. Остальная часть АЭС – второй контур, работающий практически в условиях отсутствия радиоактивности; парогенератор принадлежит одновременно первому и второму контурам. Теплоноситель в парогенераторе отдает свою теплоту воде, которая нагревается и превращается в пар. Образовавшийся водяной пар работает в цикле паротурбинной установки.

Рис.1.50. Схема  двухконтурной ядерной энергетической установки

Р - ядерный реактор; ПГ - парогенератор; ГЦН – главный циркуляционный насос; ЧВД, ЧНД – части высокого и низкого давления турбины; СПП – сепаратор-пароперегреватель; К - конденсатор; Н – насос; ПН – питательный насос;

СМ– смеситель; Г- электрогенератор.

В одноконтурной ЯЭУ одно и тоже вещество выполняет функции теплоносителя и рабочего тела. Пароводяная смесь образуется в самом реакторе, разделяется в барабан-сепараторе (БС) на воду, которая возвращается в контур многократной принудительной циркуляции, и сухой насыщенный пар, который направляется в турбину. При однократном прохождении по контуру в пар превращается 15¸25% воды. Для одноконтурной АЭС нет четкого разделения на первый и второй контуры и все оборудование станции радиоактивно, хотя и в разной степени.

Принципиальные схемы ЯЭУ одноконтурного и двухконтурного типов и обозначения основных агрегатов приведены на рис.1.50 и 1.51.

Рис.1.51. Схема одноконтурной ядерной энергетической установки

БС - барабан-сепаратор; остальные обозначения те же, что на рис.1.50

Для обоих типов ЯЭУ циркуляция теплоносителя через реактор – принудительная и осуществляется главным циркуляционным насосом (ГЦН). Специфика паротурбинной части этих установок определяется термодинамическими особенностями циклов насыщенного пара ЯЭУ. Паротурбинная часть принципиально одинакова в обоих типах установок, что видно из приведенных схем.

Необходимость применения сепаратора-пароперегревателя (СПП) объясняется ниже. В сепараторе, расположенном между двумя частями турбины, происходит промежуточная сепарация (осушка) пара. Отсепарированная влага отводится в линию конденсата отработавшего пара турбины.

Промежуточный перегрев осуществляется непосредственно в машинном зале между цилиндрами турбины. Он не может быть осуществлен в реакторе, поэтому его выполняют паропаровым, т.е. перегрев пара происходит за счет теплоты свежего пара, часть которого из парогенератора (барабан-сепаратора) поступает в пароперегреватель. Теплота влаги, отведенной от пара в сепараторе, и теплота конденсата греющего пара из пароперегревателя используются в смесителе для подогрева конденсата перед поступлением его в парогенератор или реактор.

По одноконтурной схеме работают Ленинградская, Курская и другие атомные электростанции.

Принципиально нет отличий в термодинамических циклах одно- и двухконтурной ЯЭУ.

Для АЭС с водным теплоносителем температура и давление докритические. Так, максимальная температура теплоносителя для АЭС с водоводяным энергетическим реактором (ВВЭР) составляет всего 322 ^оС. В связи с этим особенностью цикла ЯЭУ в современной энергетике