Исходные данные для проведения тепловых расчетов

Для проведения тепловых расчетов ядерного реактора используются заданные в проекте характеристики (исходные данные), которые можно разбить на следующие основные группы:

общие характеристики энергоблока (АЭС) — установленная электрическая мощность, МВт (эл.); тип реактора, количество петель; тип турбины, параметры рабочего тела, особенности тепловой схемы АЭС;

схема движения и режимные параметры теплоносителя — количество заходов в активную зону, давление, температура воды на входе и выходе реактора;

конструкционные характеристики — тип, форма и конструкционные данные ТВС, конструкция твэлов, водяных «стержней» и пэлов; общее число ТВС и картограмма их расположения в активной зоне; высота активной зоны; конструкционные данные дисганционирующих решеток, входных и выходных устройств каналов;

тепловые и теплофизические характеристики — распределение тепловыделения по объему активной зоны (сначала задается, а затем уточняется в процессе нейтронно-физических расчетов); теплофизичсскис свойства воды, топлива и оболочек, поглощающих, конструкционных и других материалов, входящих в активную зону.

Коэффициент полезного действия АЭС

Последовательное изложение методики расчета тепловой экономичности АЭС, количественным показателем которой является коэффициент полезного действия, приводится в известной книге Т. Х. Маргуловой [1]. В соответствии с этой методикой КПД-брутто для одноконтурной АЭС, что характерно для проектируемых атомных энергоблоков с ВВЭР СКД, можно выразить как.

где г)_э — абсолютный электрический КПД-брутто турбоустановки, а П_Р ^и Пф ~ коэффициенты, учитывающие потери теплоты в реакторном контуре и трубопроводах. Величина ц, в свою очередь вычисляется как.

В формуле (3.2) гр — термический КПД идеального цикла Ренкина (Хирна), определяемый параметрами используемого паросилового цикла с применяемой на АЭС системой регенеративного подогрева питательной воды реактора; ц_ш — внутренний относительный КПД турбины, зависящий от типа турбины, ее характеристик, влажности пара и некоторых других величин; ^_пр — коэффициент, учитывающий потери работы в связи с протечками пара через уплотнения и отсосом его эжекторами; ц_м — механический КПД турбоустановки; г|_г — КПД электрогенератора.

Чтобы пояснить, как можно достаточно быстро получить оценку термического КПД паротурбинной установки ц" рассмотрим в качестве примера два характерных регенеративных цикла, которые могут применяться на АЭС с реакторами ВВЭР СКД. В первом цикле (рис. 3.1) после расширения рабочего тела в первых ступенях турбины от начальных параметров (р₀, Т₀), характеризуемых точкой Ь, до точки с пар остается слегка перегретым. После совершения работы этот пар при давлении р"_р направляется в промежуточный пароперегреватель, где температура пара повышается до ее значения в точке d. Затем пар снова расширяется в части низкого давления турбины (линия de), и наконец при температуре Т_к влажный пар поступает в конденсатор турбинной установки, где полностью конденсируется до состояния насыщенной жидкости в точке а. Подогрев конденсата до температуры питательной воды Т«» (точка /?) осуществляется в регенеративных подогревателях паром, отбираемым из турбины.

Рис. 3.1. Паротурбинный цикл с промежуточным перегревом пара.

Рис. 3.2. Паротурбинный цикл.

с промежуточной сепарацией и перегревом пара Главное отличие второго паротурбинного цикла (рис. 3.2) от первого состоит в том, что здесь пар начальных параметров, совершая работу в части высокого и среднего давления турбины, расширяется до точки С, в которой температура рабочего тела Т"_р значительно ниже, чем в аналогичной точке с на диаграмме рис. 3.1. Эта точка во втором паротурбинном цикле расположена в двухфазной области, где влажность пара достигает предельно допустимой величины и поэтому требуется осушка пара. Чтобы исключить эрозионный износ проточной части турбины, влажный пар при температуре Т_пр направляется в вынесенный промежуточный сепаратор, где капли влаги отделяются от пара (на рис. 3.2 этот процесс изображается линией С|С), а собранная влага затем сбрасывается в один из регенеративных подогревателей питательной воды. Далее сухой насыщенный пар при давлении р_пр поступает в промежуточный пароперегреватель, и его температура повышается до значения в точке cl.

Чтобы определить термический КПД циклов, изображенных на рис. 3.1 и 3.2, можно воспользоваться приближенной методикой расчета, подробно изложенной в учебном пособии [2].

Для цикла с промежуточным перегревом пара (рис. 3.1), когда число регенеративных подогревателей равно н, термический КПД определяется формулой.

В аналогичном случае, но для цикла с промежуточной сепарацией и перегревом пара (рис. 3.2),.

В формулах (3.3) и (3.4) т — число регенеративных теплообменников, обеспечивающих подогрев конденсата до температуры Т"_р; Т = (Т_пр — Т_к)/т + Г_к; Т₂ = (Т_п._в — T"_p)/(n — m) + Т_пр. Величины, относящиеся к параметрам пара перед входом в турбину (точка b на рисунках), имеют индекс 0. Одним штрихом (') и двумя штрихами ('') помечены величины, принадлежащие соответственно воде на линии насыщения и насыщенному пару. Другие индексы: пер — относится к состоянию пара на выходе из промежуточного пароперегревателя (точка cl на рисунках); к — означает, что величина выбирается при температуре в конденсаторе Т_к (например, влажный пар — точка е, вода на линии насыщения — точка я); п. в — относится к питательной воде (точка /г); пр — величина выбирается при давлении в промежуточном пароперегревателе (то же самое при давлении в сепараторе на рис. 3.2); пр1 — соответствует параметрам пара на входе в промежуточный пароперегреватель (точка с); сеп — относится к сепаратору (точки Cj и с на рис. 3.2).

Для других величин, входящих в качестве сомножителей в формулы (3.1) и (3.2), в оценочных расчетах КПД АЭС с ВВЭР СКД рекомендуется принимать следующие значения: Г|_р = 0,97 — 0,98; _Птр * 0,99; г|_ш = 0,80 — 0,92; 1 — С"_Р * 0,99; щ, = П, = 0,97 — 0,99.

Выработанная на АЭС электроэнергия W, частично расходуется на собственные нужды станции, поэтому количество отпускаемой энергии потребителю уменьшается на величину затрат на собственные нужды W_c «. С учетом этого КПД по отпуску электроэнергии, или КПД-нетто, определяется как.

По сравнению с двухконтурными ВВЭР, работающими на воде докри гических параметров, затраты энергии на собственные нужды в случае ВВЭР СКД оказываются существенно меньше, при этом основная составляющая этих потерь приходится на привод питательных насосов.