🗊План лекции Конструкционные схемы и параметры ПГ с различными теплоносителями Конструкционные схемы Особенности схем с водным

План лекции Конструкционные схемы и параметры ПГ с различными теплоносителями Конструкционные схемы Особенности схем с водным теплоносителем Параметры пара ПГ, обогреваемых водой под давлением Конструкционные схемы ПГ с жидкометаллическим теплоносителем Параметры пара ПГ, обогреваемых жидкими металлами Конструкционные схемы ПГ с газообразными теплоносителем Параметры пара ПГ, обогреваемых газообразными теплоносителями

Конструкционные схемы ПГ ПГ АЭС выполняются с поверхностью нагрева в виде трубной системы. Способ омывания поверхности нагрева : среду с большим давлением – из соображений прочности и экономичности – направлять в каналы с меньшим эквивалентным диаметром, соблюдая принцип противотока в МТП – более вязкую среду (например, газы) по трубкам – среду, вызывающую более интенсивную коррозию Форма поверхности – из условий компактности и минимума температурных напряжений применение компенсаторов, самокомпенсация трубок, материалов с одинаковым КТР, разделение трубных досок и др.

Конструкционные схемы ПГ Компоновка элементов ПГ: пароперегреватель отдельно ЭКО и испаритель – совместно или раздельно Отдельный ЭКО имеет малую Fпто (тепловые потоки малы, интенсивность т/о высокая). Выполняется по простой схеме При объединении ЭКО и испарителя 2 варианта: поверхность т/о эко обособлена и имеет собственный кожух, ликвидация собств. т/о поверхности общая поверхность ничем не разделена, обогрев водой с t2s, Подогрев пит. воды до t2s идет за счет конденсации части образующегося пара. Вариант возможен при условии t”1 >t2s. Отдельный ЭКО обязателен при t”1 < t2s

Конструкционные схемы ПГ Вид циркуляции рабочего тела – любой Для ПГ с погруженной поверхность т/о единственный вариант – естественная циркуляция с парообразованием в МТП. Кипение по законам для большого объёма – естественная конвекция. Сепарация пара – в отдельном корпусе или совместная Сепарация осуществляется за счет естественной гравитации или принудительной (механической) сепарации

Влияние параметров пара на экономичность С ростом Т0 и Р0 экономичность цикла растет: КПД = (То-Тк)/То Для перегретого пара рост Т возможен при постоянном Р. И всегда ведет к росту КПД Ограничение по жаропрочности материалов (545-555°С) Для насыщенного пара рост Т связан с ростом Р И влияние давления на КПД неоднозначно: (рост до 165 бар)

Влияние параметров пара на экономичность Влияние начального давления неоднозначно даже для перегретого пара. При одной и той же То с ростом Ро полезный теплоперепад сначала растет, потом снижается. КПД=На/Q1 Тепловая экономичность зависит не только от термического КПД, но и от КПД, оценивающих потери в других устройствах. С ростом Ро увеличивается конечная влажность пара и снижается внутренний относительный КПД хкр =14% Необходим ввод в схему промежуточной сепарации и перегрева пара

Параметры пара ПГ, обогреваемых водой под давлением Температура теплоносителя на выходе из реактора должна быть ниже t1s (при р1) на величину, гарантирующую исключение парообразования в реакторе. Запас до кипения – 20-40°С для воды tкр = 374,12°С (22,13 МПа) давление в 1 контуре для ВВЭР - не выше 17 МПа (352°С), значит с учетом запаса до кипения, максимальная t’1 = 330°С для увеличения параметров пара необходимо иметь в ПГ минимально возможный темп. напор (tмин) . В то же время низкий напор ведет к росту поверхности F = Q/(k t). По технико-экономическим обоснованиям tмин=10-20°С Поверхность теплообмена большая – многопетлевая компоновка Макс. давление пара (и t2s) зависит не только от tмин, но и от t”1исп. Наибольшее значение её возможно при малом Δt1. Но Q = G1 cp Δt1 – уменьшение Δt1 ведет к росту G1 По т/э расчетам Δt1=30-35°С В итоге: макс. t2s =330 – 30 – 10 = 290°С, а максимальное давление пара = 7-7,5 МПа Пар насыщенный или слабо перегретый Все ПГ с ВВЭР производят насыщенный пар 6,5 МПа

Особенности конструкционных схем ПГ с водой под давлением При максимальных давлениях пара перегрев пара не м.б. больше 30°С. Больший перегрев возможен только при снижении давления пара Малый перегрев не дает большого выигрыша в КПД, но значительно усложняет конструкцию ПГ. Из-за низкого значения Δt1 введение экономайзера не даст большого роста t2s и давления, но усложнит конструкцию ПГ, увеличит его габариты. Поэтому в тепловой схеме ПГ есть только испаритель. Подогрев п.в. до ts идет за счет конденсации части образующегося пара. Р1 >> Р2, поэтому теплоноситель – в трубках, рабочее тело – в МТП. Наиболее удобен вариант с погруженной Fпто и внутренней сепарацией.

Особенности конструкционных схем ПГ с водой под давлением В России применяются горизонтальные ПГ с внутренними коллекторами. За рубежом – вертикальные ПГ с погруженной поверхностью ТО и трубными досками. Горизонтальные ПГ имеют предел единичной мощности. Применение трубок меньшей толщины повысит интенсивность ТО, уменьшить температурный напор и увеличить давление пара. Применение выделенного ЭКО позволит увеличить тепловую мощность ПГ (проект для ПГВ-1600)

Параметры пара ПГ, обогреваемых жидкими металлами Высокотемпературный т/носитель, максимальная Т на выходе из реактора (550-600°С) определяется необходимостью обеспечения надежной работы оболочек твэл при 600-800°С и получением пара высоких параметров Из-за низкой Ср для уменьшения G1 -> Δt1 (Q = G1 Cp Δt1 ). Δt1 = 150-200°С. На блоке БН-600 Δt1 = 170 и 200°С (1 контур: 550 – 380, пром. контур: 520 – 320°С) Дополнительный контур и пром. теплообменник снижают параметры пара, поэтому стремятся уменьшить температурный напор (до 10-20°С) ПГ на ж/м т/н вырабатывают перегретый пар с параметрами 13-16 МПа и 500 – 510°С Выработка пара СКД проблематична – проблема металлов, работающих одновременно с жидким металлом и при высоких давлениях

Схемы ПГ, обогреваемых жидкими металлами Охлаждение теплоносителя большое, t'1 высокая - ПП всегда если t"1 < t2s - обязателен отдельный ЭКО, иначе м.б. совмещен с ИСП Рт/н много меньше Рр.т : водотрубная конструкция (вода - по трубкам) - это позволяет выполнить любую компоновку элементов. Водотрубная конструкция позволяет использовать любую схему организации движения р.т. (от ЕЦ до прямоточной - предпочтительнее)

Схемы ПГ, обогреваемых жидкими металлами Высокие температуры и высокие коэф-ты теплоотдачи усложняют проблему температурных напряжений. Первые ПГ выполнялись с обратными элементами (трубками Фильда) или змеевиковыми поверхностями. Для контроля утечек - многослойные трубки с индикаторами протечек. Кольцевой зазор (4) соединен с камерой индикатора протечек (3). В зазоре индикатор – ртуть или гелий (вещество с хорошими теплопроводными свойствами). При аварии изменяется давление или хим. состав. За период эксплуатации БН-600 было 27 аварий с потерей плотности. Все – без последствий.

Схемы ПГ, обогреваемых жидкими металлами БН-350 и БОР-60 - двухкорпусные, в первом корпусе – ЭКО и испаритель, во втором – ПП. Трубки – змеевиковые. ПГ для БН-350 с естественной циркуляцией, ПГ для БН-600 - по прямоточной схеме. ПГ для БН-600 по секционно-модульной компоновке (ПГ-200М). Возможность ремонта и замены секций. В каждом ПГ – 8 параллельно включенных секций. В каждой секции 3 модуля: испаритель, ПП и ППП. Объединены по натрию, пару и воде. Каждая секция – прямоточный ПГ.

Схемы ПГ, обогреваемых жидкими металлами Модули – вертикальные теплообменники с прямыми трубками. Трубки испарителя и п/п имеют диаметр 16 х 2.5 мм, а п/п/п- 25 х 2.5 мм. Испаритель ПГ сделан из стали 10Х2М, а пароперегреватели – из аустенитной хромоникелевой стали. Компенсация температурных удлинений корпуса – с помощью линзовых компенсаторов. Длина модуля составляет 16 метров (при длине трубок – 15 м), диаметр – около 820 мм. Пит. вода входит с t=240°C. На выходе из испарителя – слабо-перегретый пар (на 20-25°С) На выходе из ПП – пар с t=505 °С Конструкция ПГ для БН-800 похожа, но без П/П/П – для повышения надёжности.

Схемы ПГ, обогреваемых жидкими металлами

Параметры пара ПГ, обогреваемых газообразными теплоносителями Газовые теплоносители - высокотемпературные t’1 зависит от вида топлива (природный или обогащенный уран), материала покрытия твэлов (магниевый сплав, сталь) и рабочего давления газа природный уран и оболочка твэлов с покрытием из магниевых сплавов дают температуру на поверхности твэлов 420 - 450°С. Если теплоноситель - углекислый газ с Р до 2,0 МПа, то t’1 = 350-400 °С. – 1 поколение АЭС обогащенное топливо в виде двуокиси урана, стальные оболочки и давление до 5 МПа позволяют иметь t’1 = 550-600 °С при t оболочек до 800°С – второе поколение АЭС переход на гелий при этих условиях позволит иметь t’1 = 700 °С и выше применение гелия более высокого давления и кермитов - t’1 до 850 °С Из-за низких ТФС очень большие расходы теплоносителя, поэтому выгодно иметь большие теплоперепады 200-400°С Высокая t теплоносителя позволяет иметь любые параметры пара Для АЭС первого поколения – перегретый пар с Р-4-6МПа и t до 410°С. Применялись схемы двух давлений АЭС второго поколения – перегретый пар с Р=16,3 МПа и 565°С

Параметры пара ПГ, обогреваемых газообразными теплоносителями 1 – ЭКО ВД (общая часть) 2 – Испаритель НД 3 – ПП НД 4 – ЭКО вторая часть (ВД) 5 – испаритель ВД 6 – ПП НД