содержание .. 1 2 3 ..

Тепловые и атомные электрические станции - часть 2

точного перегрева (см. рис. 1.1) при начальных давлениях пара

P до

8,8 МПа и температуре перегретого пара на входе в турбину

до 535

°С; по циклу с промежуточным перегревом начальные давления равны
12,7 и 23,5 МПа, а

=540-560 °С. В таких условиях при обычных зна-

чениях конечного давления

P = 0,0035-0,0045 МПа влажность пара на

выходе из проточной части турбины не превышает допустимых значе-
ний (13-14 %).

Рис. 1.3. Рабочий процесс расширения пара в h-s - диаграмме для конденса-
ционных установок на перегретом паре без промежуточного перегрева (а) и с
промежуточным перегревом (б):

−

- энтальпия пара в первом - седьмом отборах соответственно;

пк

h h

- энтальпия пара на входе в турбину и конденсатор;

- энтропия;

- степень сухости

На АЭС широко применяется насыщенный пар. Это объясняется

тем, что в ряде случаев перегрев пара непосредственно в ядерном реакто-
ре весьма усложняет конструкцию реактора и схему установки, требует
существенных  дополнительных  капитальных  затрат.  В  то  же  время  на
АЭС стоимость топлива (ядерного горючего), отнесенная к единице вы-
работанной энергии, значительно ниже, чем на электростанциях обычно-
го  типа.  Поэтому  здесь  производство  электроэнергии  на  установках
меньшей  стоимости  даже  при  более  низких  значениях  КПД  экономиче-
ски оправдано.

Схема АЭС может быть одноконтурной, двухконтурной и трех-

контурной.

На АЭС, работающей по одноконтурной схеме (рис. 1.4, а), пар

образуется в активной зоне реактора и оттуда направляется в турбину. В
некоторых случаях до поступления в турбину пар подвергается перегре-
ву  в  перегревательных  каналах  реактора.  Одноконтурная  схема  наибо-
лее  проста.  Однако  образующийся  в  реакторе  пар  радиоактивен,  по-
этому большая часть оборудования АЭС должна иметь защиту от излу-
чений.  В  процессе  работы  электростанции  в  паропроводах,  турбине  и
других  элементах  оборудования  могут  скапливаться  выносимые  из  ре-
актора с паром твердые вещества (содержащиеся в воде примеси, про-
дукты коррозии), обладающие наведенной активностью, что затрудняет
контроль за оборудованием и его ремонт.

По двухконтурной и трехконтурной схемам (рис. 1.4,

б и в) отвод

теплоты  из  реактора  осуществляется  теплоносителем,  который  затем
передает теплоту рабочей среде непосредственно или через теплоноси-
тель промежуточного контура. На АЭС, работающих по двухконтурной
или трехконтурной схеме, рабочая среда и теплоноситель второго кон-
тура  в  нормальных  условиях  нерадиоактивны,  поэтому  эксплуатация
электростанций  существенно  облегчается.  Кроме  того,  продукты  кор-
розии паропроводов, конденсаторов и турбинного тракта не попадают в
реактор. Однако капитальные затраты в этом случае значительно выше,
особенно  при  трехконтурной  схеме.  Такие  схемы  следует  применять,
когда  вероятность  контакта  активного  теплоносителя  с  водой  должна
быть  полностью  исключена,  например,  при  использовании  в  качестве
теплоносителя жидкого натрия, так как его контакт с водой может при-
вести к крупной аварии. В трактах АЭС, работающих по двухконтурной
схеме,  даже  при  небольших  нарушениях  плотности,  возможен  контакт
активного  натрия  с  водой,  и  ликвидировать  аварию  было  бы  довольно
трудно.  При  трехконтурной  схеме  контакт  активного  натрия  с  водой
исключен.

Во всех приведенных на рис. 1.4 схемах конденсат после конден-

сатора турбины проходит систему регенеративного подогрева, которая,
по существу, не отличается от применяемой на обычных электростан-
циях (см. рис. 1.1). На рис. 1.4 и последующих рисунках этой главы, для
того чтобы не повторять уже описанные элементы схемы, системы
регенеративного подогрева показаны условно.

Технологическая схема первого контура двухконтурной АЭС по-

казана на рис. 1.5.

Рис. 1.4. Одноконтурная (я), двухконтурная (б) и трехконтурная (в) схемы АЭС:

I - реактор; 2 - промежуточный теплообменник; 3 - парогенератор; 4 - турбогене-
ратор; 5 - конденсатор; б - конденсатами насос; 7 - пар от отбора; 8 - пар на реге-
неративный подогреватель; 9, 13 - регенеративные подогреватели низкого и высо-
кого давления; 10 - деаэратор; 11 - пар на деаэратор; 12 - питательный насос

Рис. 1.5. Технологическая схема первого контура АЭС:

1 - контейнер; 2 - бассейн; 3 - перегрузочный кран; 4 - реактор; 5 - мостовой кран
реакторного зала; 6 - главная задвижка; 7 - главный циркуляционный насос; 8 - па-
рогенератор; 9 - трубопроводы питательной воды; 10 - трубопроводы вторичного
пара

Ядерное топливо, находящееся в тепловыделяющих элементах

(твэлах) определенной формы, доставляется в контейнерах 1 на элек-
тростанцию и с помощью перегрузочного крана 3 загружается в актив-
ную зону реактора 4. Кассеты с отработавшими твэлами помещаются в
бассейн 2, где выдерживаются в течение определенного времени. Когда
радиоактивность горючего и материала кассет уменьшается до норма-
тивных значений, кассеты в контейнерах вывозят на перерабатывающие
заводы.

Теплота, выделяющаяся в реакторе и воспринятая теплоносите-

лем, передается рабочей среде в парогенераторе (ПГ) 8. При трехкон-
турной схеме между теплоносителем первого контура и рабочей средой
имеется еще промежуточный контур (см. рис. 1.4, в).

Пар, образовавшийся в ПГ (при двухконтурных и трехконтурных

схемах) или в реакторе (при одноконтурной схеме), направляется по па-
ропроводу к турбине. На схеме первого контура двухконтурной АЭС
(рис. 1.5) пар направляется к турбине по трубопроводу 10, питательная
вода подается в ПГ по линии 9.

При работе на насыщенном паре (см. рис. 1.4,

а и б) в проточной

части турбины пар быстро увлажняется. Возрастание влажности приво-
дит к увеличению интенсивности эрозийного износа элементов проточ-
ной части. Чтобы избежать этого, поток пара перед поступлением в ци-
линдр низкого давления (ЦНД) турбины пропускается через сепаратор,
в котором его влажность понижается до значений, не превышающих 0,5
%. На крупных современных блоках после сепаратора пар перегревается
до температуры

пп

, близкой к начальной температуре

(при некото-

рых схемах организации промежуточного перегрева

пп

≈

). На рис. 1.6

приведены рабочие процессы пара в турбине в

h-s - диаграмме при ра-

боте по циклу с сепарацией пара (рис. 1.6,

а) и по циклу с сепарацией и

промежуточным перегревом (рис. 1.6,

б). Рабочий процесс пара в тур-

бине для паротурбинных установок, работающих по трехконтурной
схеме (см. рис. 1.4,

в), не отличается от процесса, изображенного на рис.

1.3,

б, для электростанции на органическом топливе, работающей по

циклу с промежуточным перегревом пара.

Рис. 1.6. Рабочий процесс в h-s - диаграмме в турбинах насыщенного пара:

обозначения те же, что и на рис. 1.3

1.3. СХЕМЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ

Теплоэлектроцентрали могут иметь турбины с противодавлением

или конденсационные с регулируемыми отборами пара (рис. 1.7).

В схемах с турбинами с противодавлением (типа Р) (рис. 1.7,

а)

весь  отработавший  пар  подается  тепловому  потребителю,  поэтому  су-
ществует  прямая  зависимость  между  количеством  вырабатываемой
электрической  энергии  и  расходом  этого  пара.  При  пониженных  элек-
трических нагрузках часть пара необходимо пропускать помимо турби-
ны  через  редукционно-охладительное  устройство  (РОУ);  при  высоких
электрических нагрузках и небольшой потребности в паре у теплового
потребителя  недостающее  количество  электроэнергии  должно  выраба-
тываться  на  электростанциях  с  турбинами  конденсационного  типа.  Та-
ким  образом,  установка  будет  использоваться  достаточно  эффективно
только в случае, если она рассчитана на ту часть тепловой нагрузки, ко-
торая сохраняется в течение большей части года. Давление пара за тур-
биной должно быть выбрано таким, какое требуется потребителю.

На установках с турбинами, имеющими регулируемые отбо-

ры (рис. 1.7,

б), выработка электрической энергии и отпуск теплоты мо-

гут  изменяться  независимо  в  достаточно  широких  пределах.  При  этом
полная номинальная электрическая мощность, если это требуется, может
быть достигнута в отсутствие тепловой нагрузки. Турбины такого типа
имеют обычно один, два или даже три регулируемых отбора. При одном
регулируемом  отборе  отводимый  от  турбины  пар  может  поступать  на
производственные  нужды  (турбины  типа  П)  или  на  теплофикацию
(турбины  типа  Т).  При  двух  регулируемых  отборах  либо  оба  отбора
являются теплофикационными (турбины типа Т), либо один из них яв-
ляется производственным, а другой - теплофикационным (турбины типа
ПТ). Существуют также установки с одним производственным и двумя
теплофикационными отборами.

Рабочие процессы пара в турбинах с противодавлением или регу-

лируемыми отборами качественно не отличаются от приведенных на
рис. 1.3, однако на паротурбинных установках с противодавлением он
может заканчиваться на

h-s - диаграмме до пограничной кривой (в об-

ласти  слабоперегретого  пара).  Начальные  параметры  пара  при  таких
установках  принимаются  обычно  такими  же,  как  и  на  конденсацион-
ных, но если на КЭС при начальном давлении 12,7 МПа всегда приме-
няется цикл с промежуточным перегревом пара, то на ТЭЦ такой цикл
при  этом  значении

P применяется только на установках мощностью

180 МВт (с теплофикационными турбинами типа Т-180-130) и при
более высоком давлении

= 23,5 МПа на установках мощностью 250

МВт (с теплофикационными турбинами типа Т-250-240) .

ИС

1.7. Схемы ТЭЦ на органическом топливе с турбиной с противодавлени-

ем (а) и с турбиной с регулируемым отбором пара (б):

1 - паровой котел; 2 - РОУ; 3 - турбогенератор; 4 - тепловой потребитель; 5 -
конденсатор; 6- обратный конденсатный насос; 7 - конденсатный насос; 8 - пар
от отбора; 9, 12 - пар на регенеративный подогрев и в деаэратор; 10, 14 - регене-
ративные подогреватели низкого и высокого давлений; 11 - деаэратор; 13 - пита-
тельный насос

Атомные ТЭЦ также могут иметь турбины с противодавлением,

конденсацией и регулируемыми отборами (рис. 1.8). Эффективна так-
же схема, в которой отвод теплоты на теплофикацию осуществляется

от  теплоносителя,  уже  охлажденного  в  ПГ.  Такую  схему  можно  при-
менять как в сочетании с отбором теплоты от турбины, так и при тур-
бинах  чисто  конденсационного  типа.  Чем  выше  отвод  теплоты  в  теп-
лообменнике, тем ниже температура теплоносителя на входе в реактор
и больше его тепловая мощность. Так как капитальные затраты по ре-
акторному  залу  остаются  при  этом  неизменными  (а  реакторный  зал –
один  из  наиболее  дорогостоящих  элементов  АЭС),  то  экономические
показатели станции улучшаются.

В атомной энергетике находят применение также схемы, в кото-

рых реактор используется только для выработки теплоты (теплофика-
ции). На атомных станциях теплоснабжения реактор работает при низ-
ких температурах, его можно изготовить из относительно недорогих
материалов. Эта схема (см. рис. 1.8,

г) относительно проста, легко ре-

гулируется и в ряде случаев может оказаться экономически выгодной.

Рис. 1.8. Упрощенная схема АТЭЦ с турбогенератором с противодавлением
(а), промежуточным отбором (б), теплообменником в первом контуре (в) и
схема установки для централизованного теплоснабжения (г):

1 – реактор; 2 – парогенератор; 2' – теплообменник первого контура ТП; 3 –
РОУ; 4 – турбогенератор; 5 – пар в теплообменник контура теплового потре-
бителя (ТП); 6 – конденсатор; 7 – конденсатный насос; 8 – конденсат из конту-
ра ТП; 8' – охлажденная вода из теплообменника ТП; 9 – пар на регенеративный
подогрев и в деаэратор; 10 – система регенеративного подогрева конденсата и
питательной воды; 11 – циркуляционный насос; 12 – теплообменник

содержание .. 1 2 3 ..