Атомные электростанции

Л3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ (ПТС) ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ.

СОДЕРЖАНИЕ И ЗНАЧЕНИЕ ПТС

Принципиальная тепловая схема (ПТС) электростанции определяет основное содержа­ние технологического процесса преобразова­ния тепловой энергии на электростанции. Она включает основное и вспомогательное теплоэнергетическое оборудование, участвующее в осуществлении этого процесса и входящее в состав пароводяного тракта электростанции.

На чертеже, изображающем ПТС, показы­вают теплоэнергетическое оборудование вме­сте с линиями (трубопроводами) пара и воды (конденсата), связывающими это оборудова­ние в единую установку.

В состав электростанции входят несколько турбоагрегатов и парогенераторов с вспомо­гательным оборудованием. Принципиальная тепловая схема изображается обычно как одноагрегатная и однолинейная схема, одина­ковое оборудование изображается в схеме условно один раз; линии технологической связи одинакового назначения также показы­вают в виде одной линии; иначе говоря, каж­дый элемент данного рода показывают в ПТС один раз.

Отсюда следует, в частности, что ПТС электростанции с блочной структурой при оди­наковых энергоблоках сводится к принципи­альной тепловой схеме энергоблока.

При неблочной структуре электростанции, имеющей одинаковые турбоустановки и оди­наковые парогенераторы, ПТС также сводит­ся к принципиальной тепловой схеме одноагрегатной электростанции. Принципиальная тепловая схема электростанций с разнотип­ным оборудованием составляется из ПТС ча­стей (секций) электростанций с одинаковыми агрегатами. Так, например, если на блочной конденсационной электростанции имеются турбоагрегаты 300 и 800 МВт, то ПТС состав­ляется из схем этих энергоблоков.

Для ТЭЦ с промышленной и отопительной нагрузкой и разнотипными теплофикационны­ми турбоагрегатами (ПТ, Р, Т), технологиче­ски связанными между собой (линиями про­мышленного отбора пара, подогрева добавоч­ной и подпиточной воды и обратного конденсата и т. п.), ПТС составляется как единая схема, состоящая из взаимно связанных схем агрегатов разных типов.

В состав принципиальной тепловой схемы, кроме основных агрегатов и связывающих их линий пара и воды, входят: регенеративные подогреватели высокого и низкого давления и охладителями пара и дренажей; деаэраторы питательной п добавочной воды; трубопрово­ды отборов пара от турбин к подогревателям; питательные, конденсатные и дренажные на­сосы; линии основного конденсата и дрена­жей, добавочной воды. При термической водоподготовке в схему включают испаритель­ную установку. Схемы ТЭЦ включают, кроме того, сетевые подогревательные установки, иногда испарительные или паро-преобразовательные установки с соответствующими ли­ниями трубопроводов. Сетевые подогреватели входят также в схемы первых энергоблоков КЭС и используются для отопления зданий жилого поселка и служебных помещений элек­тростанции. В состав ПТС входят также вспомогательные устройства и теплообменни­ки; расширители и охладители продувочной воды парогенераторов барабанного типа; охладители пара эжекторных установок и уплотнений; линии отвода пара из уплотнений турбин к различным подогревателям воды.

В ПТС электростанций с энергоблоками мощностью 250 МВт и больше входят привод­ные турбины питательных насосов с линиями пара и воды. В схему ТЭС могут входить так­же приводные турбины воздуходувок газомазутных парогенераторов под наддувом, паро­вые или водяные подогреватели воздуха; ли­нии отвода пара на сушку топлива с охладителями, отвода пара на разогрев мазута; водяные экономайзеры низкого и высокого давления.

Основой ПТС является схема технологиче­ской связи парогенератора и турбоустановки совместно со схемой регенеративного подо­грева воды, на ТЭЦ, кроме того, вместе со схемами отпуска тепла с паром и водой (включая, в частности, пиковые водогрейные котлы).

На чертеже ПТС показывают также часть арматуры, необходимой для нормальной ра­боты элементов оборудования, например дроссельный регулирующий клапан на подво­де пара к деаэратору и т. п.

Принципиальная тепловая схема с указа­нием параметров пара и воды и полученные в результате ее расчета значения энергетиче­ских показателен определяют уровень техни­ческого совершенства энергоблока и электро­станции, а также в значительной мере их экономические показатели. ПТС является основ­ной расчетной технологической схемой проек­тируемой электростанции, позволяющей по заданным энергетическим нагрузкам определить расходы пара и воды во всех частях установки, ее энергетические показатели.

На основе расчета ПТС определяют техни­ческие характеристики и выбирают тепловое оборудование, разрабатывают развернутую (детальную) тепловую схему энергоблоков и электростанции в целом.

Рационализацию и модернизацию тепло­вой схемы действующих электростанций осу­ществляют также на основе расчетов ПТС.

Принципиальная тепловая схема является основной технологической и расчетной схемой тепловой электростанции любого типа: паро­турбинной и газотурбинной на органическом топливе, атомной электростанции на ядерном горючем.

Рис. 1. Типичные тепловые схемы паротурбинных конденсационных установок па органическом топливе без промежуточного перегрева пара (а) и с промежу­точным перегревом (б).  

	Рис 3. Тепловые схемы ТЭЦ на органическом топливе с турбиной с противо­давлением (а) и с турбиной с регулируемым отбором (б): 1- паровой котел- 2 - РОУ- 3-турбогенератор; 4 - теплоиой потребитель; 5 — обратный конденсатный насос;6-регенеративные подагреватели;7-питательный насос;10-пар на регенеративный подогрев;11-пар от отбора

Рис. 4. Схемы атомных ТЭЦ с турбогенератором с противодавлением (а), с регулируемым отбором (б), с теплообменником в первом контуре (в) и схема установки для централизованного теплоснабжения (г).

Реактор; 2 — ПГ; 3 — циркуляционный насос; 4 — турбогенератор; 5 — конденсатор; 6— тепловой потребитель; 7 — копдепсатный насос; 8 — обратный комдеисатнын насос; 9 — 'регенеративные подогреватели; 10-питательный насос; 11- теплообменннк; ТП —к тепповому потребителю.

АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Принципиальное отличие атомных элект­ростанций (АЭС) от станций на органиче­ском топливе состоит в способе получения теплоты для нагревания воды и образования пара. На АЭС источником теплоты служит цепная реакция расщепления ядер атомов урана, происходящая в ядерном реакторе и сопровождающаяся выделением громадного количества теплоты. В качестве топлива на АЭС иногда используют природный уран, представляющий собой смесь изотопов ура­на с атомными массами 235 (U) и 238 (U). Изотоп U и, которого в природном уране содержится только 0,7%, и является делящимся изотопом. На большинстве АЭС используют искусственно обогащенный уран с повышенным содержанием изотопа U.

Возможно, но еще не получило широкого распространения применение в ядерных ре­акторах искусственного элемента — плутония.

Расщепление атомного ядра U происходит при за­хвате нейтрона. Ядро расщепляется с образованием нескольких вторичных нейтронов. Образующиеся при расщеплении ядра осколки имеют громадную кинетиче­скую энергию. Сталкиваясь в активной зоне реактора с атомами материалов, эти осколки замедляются, передавая свою кинетическую энергию материалам. Если в качестве теплоносители использовать воду, то она будет нагреваться, а и некоторых реакторах и испа­ряться; полученную тепловую энергию можно исполь­зовать для совершения работы в турбине. Ядерная энер­гия 1 г урана эквивалентна химической энергии при­мерно 3 т высококачественного угля. Поэтому строи­тельство АЭС особенно целесообразно в тех местах, где нет местного органического топлива, а привоз его изда­лека обходится дорого и связан с большими трудно­стями.

Для непрерывного выделения теплоты в зоне деле­ния ядер, называемой активной зоной реактора, долж­ны быть созданы специальные условия, обеспечиваю­щие самоподдерживающийся характер процесса расщеп­ления. Действительно, при одном акте деления образует­ся два-три вторичных нейтрона, а для протекания не­прерывной реакции необходимо, чтобы только один из них был захвачен и произошло следующее деление. Если эффективность использования нейтронов окажется боль­шей, то процесс деления будет идти с разгоном, а при некоторых условиях возможен взрыв. При меньшей эффективности использования реакция будет затухать и прекратится совсем.

Вторичные нейтроны, образующиеся в результате деления ядер, имеют огромную скорость. Их называют быстрыми нейтронами. Осуществить захват быстрого нейтрона тяжелым ядром гораздо труднее, чем медлен­ного нейтрона. Поэтому в некоторых типах современных энергетических ядерных реакторов осуществляют искус­ственное замедление быстрых нейтронов и превращают их в медленные (или тепловые) нейтроны с помощью замедлителей. Замедлителями в зависимости от типа реактора служат обычная вода, тяжелая вода, графит и некоторые другие вещества.

Активную зону реактора образуют тепловыделяющие сборки, заполненные большим числом тепловыде­ляющих элементов (твэлов). Последние представляют собой трубки или пластинки из циркониевого сплава или нержавеющей стали, заполненные ураном.

Для регулирования мощности реактора используют­ся специальные регулирующие стержни или группы стержней, выполненные из материалов, хорошо захваты­вающих нейтроны (например, бора, кадмия или графи­та). С их помощью, воздействуя на поток нейтронов, можно регулировать мощность реактора. Для аварийной остановки реактора служат стержни аварийной защиты.

Возможность применения различных теплоносителей и замедлителей привела к большому разнообразию кон­струкций реакторов.

На отечественных АЭС преимущественное распро­странение получили два типа реакторов: водо-водяные с водой под давлением (ВВЭР), у которых и теплоно­сителем и замедлителем служит вода, и водо-графитовые кипящие (РБМК), у которых замедлителем слу­жит графит.

Водо-водяные реакторы выполняют в виде корпусной конструкции; в этом случаи активная зона и другие элементы реактора заключены в массивный стальной корпус, рассчитанный на высокое внутреннее давление.

На рис. 5 приведена упрощенная тепло­вая схема двухконтурной АЭС. В первом контуре главный циркуляционный насос (ГЦН) 15 водо-водяного реактора 1 под дав­лением прокачивает теплоноситель (горя­чую воду) под большим давлением через парогенератор 2, где происходит передача теплоты рабочему телу (питательной воде) второго контура. Во втором контуре давле­ние питательной воды существенно меньше, чем в первом. Поэтому вода в парогенерато­ре вскипает и превращается в пар, который направляется в турбину, где он, расширяясь, совершает работу, приводя в движение элект­рогенератор 7.

По мере расширения в турбине пар ув­лажняется, и это может привести к быстро­му износу ее деталей. Поэтому турбину раз­деляют конструктивно на две части: цилиндр высокого давления (ЦВД) 3 и цилиндр низ­кого давления (ЦНД) 6. После ЦВД увлаж­ненный пар направляют в сепаратор 4, где происходит отделение воды, а затем — в па­роперегреватель 5, где за счет теплоты све­жего пара происходит окончательная подсуш­ка и дополнительный перегрев основного па­ра. Часто сепаратор и пароперегреватель конструктивно совмещают, и тогда этот эле­мент называют сепаратор-пароперегрева­тель (СПП). После СПП пар направляется в ЦНД. Отработавший пар поступает в кон­денсатор 8, через который при помощи цир­куляционного насоса 10 прокачивается ох­лаждающая вода. Конденсат насосом 9 через подогреватель конденсата 11 направляется в деаэратор 12. Как и на ТЭС, в нем проис­ходит освобождение питательной воды от растворенных газов. Питательный насос 13 забирает питательную воду из деаэратора и через подогреватель питательной воды 14 по­дает в парогенератор. Подогреватели и деаэ­ратор питаются паром из отбора турбины. Сконденсировавшийся в подогревателях гре­ющий пар, отобранный из турбины, и отде­ленная в сепараторе влага — сепарат — сбра­сываются в линию питательной воды.

Рис.5. Упрощенная тепловая схема двухконтурной АЭС.

является использование радиоактивного пара в турбине и конденсата в трубопроводах питательной воды. Сте­пень радиоактивности пара определяется разными физи­ческими и конструктивными причинами к в большой степени зависит и от его чистоты, так как наиболее интенсивно активируются содержащиеся в паре соли. Отлагаясь на деталях турбины, они надолго сохраняют радноактивность, что ограничивает время допустимого контакта персонала с турбиной при ремонте. Кроме того, конструкция турбоустановки должна быть абсолютно герметичной, т е. исключать возможность утечек пара наружу во избежание поражения обслуживающего пер­сонала при вдыхании радиоактивных паров. Некоторые элементы такой турбоустановки располагаются в спе­циальных боксах.

Реакторы со вспомогательными механизмами и био­логической защитой составляют паропроизводящую уста­новку атомной электростанции, снабжающую турбины в большинстве случаев насыщенным паром.

Рабочий процесс паросиловой установки АЭС принципиально не отличается от рабо­чего процесса паросиловой установки ТЭС на органическом топливе. Рабочее тело со­вершает здесь точно такой же цикл: пар на­правляется в турбину, где он отдает свою энергию валу турбины, после чего конденси­руется, подается насосом в парогенератор или реактор, нагревается, испаряется и т. д.

Дата добавления: 2015-12-07