Циклы атомных электростанций

Основное отличие атомных электростанций от тепловых заключается в том, что для получения теплоты используется не парогенератор, а ядерный реактор, в котором энергия выделяется при расщеплении ядер тяжелых ме­таллов (изотопов урана и плутония). Отвод теплоты от ядерного реактора осуществляется с помощью циркулирующей жидкости или газа. Существует несколько схем отвода теплоты. Ниже будут рассмотрены двух -, и трехконтурные схемы атомных установок.

Схема двухконтурной атомной электростанции приведена на рис. 11.24, а трехконтурной - на рис. 11.25. На этих схемах обозначено: 1-ядерный реак­тор; 2-парогенератор для двухконтурной, и теплообменник для трехконтур­ной схемы; 3-насос; 4-паровая турбина; 5-электрогенератор; 6-конденсатор; 7-конденсатный насос; 8-биологическая защита; 9-парогенератор для трехконтурной схемы; 10-насос.

Рис. 11.24

В приведенных выше Схемах теплоноситель цикла Ренкина не смешива­ется с радиоактивным теплоносителем 1-го контура. Передача теплоты от первого контура, ко второму осуществляется в теплообменнике (парогенераторе) 2.

Основными теплоносителями в циклах атомных электростанций служат вода под давлением, кипящая вода, газы, жидкие металлы. Соответственно этому ядерные реакторы называются водо-водяными, кипящими водяными энергетическими реакторами, газоохлаждаемыми, жидкометаллическими и т.п.

Недостаток воды как теплоносителя первого контура заключается в не­возможности получать высокие параметры водяного пара во втором контуре, т.к. вода имеет низкую температуру кипения при малых давлениях. В итоге существенно снижается термический кпд цикла Ренкина. Для получения бо­лее высоких параметров водяного пара необходимо применять теплоноси­тель, имеющий значительно более высокую температуру кипения при малых давлениях. Таким требованиям в полной мере удовлетворяют жидкие метал­лы.

Рис. 11.25

На рис. 11.26 приведен цикл паросиловой установки, работающей на су­хом насыщенном паре. Здесь: 1-2 - адиабатное расширение пара на лопатках паровой турбины; 2-3 - конденсация пара в конденсаторе; 3-4 - сжатие воды в конденсатом насосе 7; 4-5 - изобарный подогрев воды в парогенераторе 2; 5-1 - парообразование в парогенераторе.

Рис. 11.26

Термический кпд этого цикла и удельный расход пара определяются со­ответственно по формулам

;

.

При выводе формулы для кпд приняты допущения: при адиабатном сжа­тии воды в насосе 7 не учитывается повышение ее температуры (точки 3 и 4' практически совмещаются); полагается, что изобара 4-5 совмещается с по­граничной кривой жидкости х = 0, т.к. удельный объем воды весьма мал по сравнению с удельным объемом пара; работой насоса 7 пренебрегается.

Недостатки цикла, изображенного на рис. 11.26, заключаются в том, что лопатки паровой турбины работают во влажном паре. В связи с чем сущест­венно снижается ресурс лопаток турбины по причине их эрозии. Для увели­чения степени сухости пар необходимо перегревать.