Газоохлаждаемые паротурбинные циклы АЭС

В двухконтурных АЭС для охлаждения реакторов используют при низких температурах С0₂, а при высоких — не поддающийся радиоактивации в чистом виде гелий, реже азот.

Наиболее широко применяется пока цикл двух давлений (рис. 4.28, а), позволяющий уменьшить необратимые потери при передаче теплоты от теплоносителя (линия АВ) воде и пару (процессы 4−5-6-Г и а-b) и снизить конечную влажность пара. Цикл можно считать состоящим из цикла высокого давления и температуры (4−5-6−1 *-о-4) и цикла низкого давления и температуры {4-а-Ь-с-Ъ-А). При смешении пара высокого и низкого давления в процессе я-1″ образуется перегретый пар с параметрами точки Г*. Его энтальпия равна

где г — количество пара низкого давления, приходящееся на 1 кг пара высокого давления; (1 + е) — количество пара в цикле низкого давления.

Вследствие необратимых потерь при смешении пара r_t цикла несколько падает, однако благодаря уменьшению конечной влажности возрастает внутренний относительный КПД г|_{о (} всего ядерного паротурбинного цикла.

Термический КПД данного цикла в значительной степени зависит от е.

Этот цикл применяется на АЭС Великобритании, Франции, Японии, Италии. Величина е имеет значение в пределах 0,25−0,35.

С увеличением температуры регенеративного подогрева питательной воды (точка 4) и температуры теплоносителя на входе в реактор (точка А) экономичность АЭС, работающих по циклу двух и одного давлений, все более сближается (см. рис. 4.28, б). Поэтому при высоких температурах газа от двух давлений отказываются.

В этом случае целесообразнее применять цикл с начальным и промежуточным перегревом пара (см. рис. 4.28, в). При высокой начальной температуре газа (точка В) в таком цикле можно получить любые параметры пара. Для цикла с закритическими параметрами пара и промежуточным перегревом начальная температура газа должна быть на уровне 640−650°С. Тогда КПД цикла будет на уровне значений, предельно достижимых для паротурбинных двигателей, т. е. 40−42%.

Важным достоинством этого цикла является возможность использования высокоэкономичных серийных турбин. Однако широкое внедрение его задерживается из-за трудностей создания надежного высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. Пока в мире работает несколько таких АЭС.

При использовании в качестве теплоносителя жидких металлов или расплавленных солей, обладающих высокими теплопередаточными свойствами и низкими давлениями при высоких температурах нагрева, АЭС часто строятся трехконтурными с начальным и промежуточным перегревом.

Рис. 4.28. Циклы двухконтурных с газоохлаждаемыми реакторами (а, в) и трехконтурных с реакторами, охлаждаемыми жидкими металлами (г), паротурбинных АЭС: а - цикл двух давлений; б — изменение экономичности циклов с одним (7) и с двумя давлениями (2) с увеличением температуры питательной воды (регенеративного подогрева); в — цикл с перегретым паром и промежуточным перегревом до начальной температуры; г — цикл трехконтурной АЭС с реактором, охлаждаемым жидким металлом.

или расплавленной солью)

На рис. 4.28, г линия АВ условно изображает изменение температуры теплоносителя контура реактора, а линия CD — изменение температуры теплоносителя промежуточного контура, который необходим для обеспечения безопасной эксплуатации.

Несмотря на сложность конструкции, подобная схема пока рассматривается как наиболее приемлемая для реакторов-размножителей на быстрых нейтронах.

Контрольные вопросы.

• 1. Перечислите типы электростанций по производству электрической и тепловой энергии.
• 2. Опишите принципиальную тепловую схему ТЭС и основной принцип ее работы.
• 3. Перечислите основные способы увеличения КПД тепловой паротурбинной станции.
• 4. Укажите основной термодинамический принцип теплофикации на ТЭЦ.
• 5. Что такое коэффициент использования топлива ТЭЦ?
• 6. Опишите принцип действия газотурбинной установки.
• 7. В чем заключается принцип работы парогазовой установки?
• 8. Опишите принципиальную тепловую схему АЭС.
• 9. Перечислите типы реакторов и схемы АЭС.
• 10. Чем оценивается максимальная теоретическая мощность АЭС?
• 11. Перечислите основные паротурбинные циклы АЭС.