Паровые котлы ТЭС

Реактор как генератор пара

В одноконтурных АЭС функции парогенератора вы­полняет кипящий реактор, в котором образуется пар из поступающей в него питательной воды. Таким обра­зом, вода является и теплоносителем для охлаждения реактора и рабочей средой, из которой получается пар. В ядерном реакторе одновременно протекают нейтронно- физические, теплофизические и физико-химические про­цессы. Первые специфичны для ядерных установок и потому здесь не излагаются. Ниже рассматриваются кипящие реакторы в той части, в какой они яв­ляются генераторами пара.

Различают кипящие реакторы корпусного и канального типов.

Корпусный кипящий реактор. Конструкции современного корпусно­го кипящего реактора с принудительной циркуля­цией воды, генерирую­щего насыщенный пар для турбины, показана на рис. 24.12. Реактор представляет собой вер­тикальный стальной ба­рабан диаметром 3—6 м. Его активная зона раз­мещена в водяном объ­еме. Надежный отвод теплоты в активной зо­не обеспечивается интен­сивной циркуляцией во­ды, которая осуществля­ется встроенными в кор­пус струйными насоса­ми. В мощных энергети­ческих реакторах таких насосов до 20 шт. Они располагаются в кольце­вом зазоре между актив­
ной зоной и корпусом. После струйных насосов вода разделяется на два потока: один из них—больший — в количестве двух третей всего расхода циркулирующей воды проходит через активную зону, а другой — мень­ший — прокачивается циркуляционными насосами через две параллельные вынесенные из корпуса петли. Эта часть потока подается на всас струйных насосоз и слу­жит таким образом для них рабочим телом. Эти вне - корпусные элементы несколько понижают радиационную безопасность реактора.

В цилиндрическом корпусе расположена активная зона с твэлами, собранными в топливные кассеты, опи­рающиеся на плиту. Сверху активная зона заканчивает­ся сферическим днищем, образующим камеру пароводя­ной смеси. В днище вварены идущие вверх трубы по одной над каждой ячейкой активной зоны. По этим тру­бам пароводяная смесь поступает в турбосепараторы, после которых отсепарированная влага сливается в про­странство между турбосепараторами и далее стекает вниз в водяной объем. Отсепарированная вода, смеши­ваясь с питательной водой, поступает на всас струйных насосов, которые преодолевают сопротивление контура многократной принудительной циркуляции. Выдаваемы:'» из турбосепараторов пар направл5:ется далее в паровоз объем, где он досушивается до влажности примерно 0,1% в осушителях. Внутрикорпусная сепарация пара освобождает реактор от внешних элементов и улучшает радиационную обстановку в районе расположения обо­рудования.

Корпусные реакторы относятся к наиболее освоен­ным. Они характеризуются высокой компактностью, про­стотой схемы, примерно вдвое меньшим рабочим дав­лением по сравнению с давлением теплоносителя перво­го контура ВВЭР, относительно малым расходом кон­струкционных материалов в активной зоне и сравни­тельно низкой стоимостью. Реакторы корпусного типа имеют ограниченные размеры, определяемые возможно­стью транспорта корпуса к монтажной площадке. Изго­товление корпуса большого диаметра встречает трудно­сти из-за существенного увеличения толщины стенки, особенно для установок высокого давления. По этим причинам реакторы корпусного типа имеют ограничение по мощности и могут применяться в энергоблоках до 1000 МВт. Корпус реактора, особенно больших разме­ров, работает в тяжелых условиях, поскольку он под­вержен совокупному воздействию высокого давления теплоносителя и нейтронного потока активной зоны.

В корпусных реакторах трудно получить достаточ­ную информацию, позволяющую в процессе эксплуата­ции своевременно прогнозировать возникновение дефек­тов в корпусе. Это в большей мере относится к мощным установкам, для которых приходится выполнять значи­тельный объем сварочных работ на монтажной площад­ке, а не в заводских условиях. Реакторы корпусного типа работают при естественной и принудительной цир­куляции, оии могут выдавать нар ДКД.

Канальный кипящий реактор (рис. 24.13) имеет активную зону, состоящую из графитового блока, в цен­тральной части которого в определенном порядке вер­тикально расположены технологические каналы. В кана­лах вода омывает тепловыделяющие сборки с твэлами, нагревается до кипения и частично испаряется.

Удовлетворительная работа реакторов при большом тепловыделении в режиме кипения позволила разрабо­тать реакторы, в которых не только генерируется пар, но и осуществляется перегрев его до необходимой тем­пературы. Для перегрева пара выделяется часть' техно­логических каналов, в которые поступает насыщенный пар, отсепарированный в барабане из пароводяной смеси.

Мощность реактора как г. нерагора пара опреде­ляется количеством каналов и мощностью каждого из них. При данных параметрах каиалоз паропроиззодг - тельность реактора-парогенератора зависит от числа ка­налов. Чем их больше, тем выше паропроизводитель-

Ность, однако усложняются конструкция установки и ее эксплуатация.

Канальный реактор обеспечивает возможность полу­чения значительной единичной мощности (1000— 2000 МВт и более), повышения параметров теплоноси­теля, а следовательно, и КПД.

Канальные реакторы в настоящее время работают в режиме многократной принудительной циркуляции, однако по своей конструкции они допускают генерацию пара по прямоточной схеме.

Преимущества реакторов канального типа (глав­ное— это отсутствие корпуса под давлением) привели к созданию АЭС с серийными кипящими реакторами большой мощности. Уран-графитовый реактор РБМК-ЮОО канального типа предназначен для выработки насыщен­ного водяного пара. Блок работает по одноконтурной схеме, т. е. получаемый в реакторе пар направляется непосредственно в турбины, а его конденсат подается в циркуляционный контур реактора.

Реактор размещен в бетонной шахте, заполненной цилиндрической кладкой из вертикальных графитовых колонн с центральными отверстиями, з которых распо­ложены технологические каналы. В технологических ка­налах установлены твэлы, и через них циркулирует теп­лоноситель. В пределах активной зоны (высота около 7 м) технологические каналы изготовлены из цирконие­вых труб диаметром 88X4 мм. За пределами активной зоны технологические каналы выполнены из нержавею­щей стали. В каждом канале размещена кассета с дву­мя тепловыделяющими сборками. Каждая сборка со­стоит из 18 твэлов. Твэл представляет собой цирконие­вую трубку диаметром 13,5X0,9 мм с таблетками из двуокиси урана. Отдельные каналы используются для размещения стержней-поглотителей системы управления и защиты.

Отвод выделяемой реактором теплоты обеспечивает­ся контуром многократной принудительной циркуляции, состоящим из двух петель. Циркуляция теплоносителя в каждой петле, осуществляется с помощью четырех главных циркуляционных насосов, три из которых явля­ются рабочими и один — резервным. Вода с давлением около 8 МПа температурой 265°С после насоса посту­пает в напорный коллектор, откуда направляется в раз­даточные коллекторы, затем с помощью регулирующих клапанов распределяется по технологическим каналам.

Двигаясь через технологические каналы снизу вверх, вода сначала подогревается на экономайзерном участке, а затем частично испаряется. Образовавшаяся пароводя­ная смесь (х=14,5°/о) транспортируется по индивиду­альным трубопроводам в барабаны-сепараторы. Между двумя барабанами-сепараторами каждой циркуляцион­ной петли имеются уравнительные трубы. Их на­значение — предотвратить перекосы уровней в бараба­нах-сепараторах, в которых пароводяная смесь разде­ляется на пар и воду. Насыщенный пар влажностью 0,1% направляется в турбины, а вода, смешиваясь с кон­денсатом отработавшего в турбинах пара, после очи­стки, подогрева и деаэрации циркуляционными насосами подается на вход технологических каналов.

В качестве следующего шага развития реакторов канального типа рассматриваются реакторы мощностью 1500—2000 МВт с перегревом пара в каналах реактора при давлении 6,5 МПа.