2.5. Тепловая часть аэс

2.5.1. Парогенератор

После того как рабочее тело турбины покинуло реактор оно направляется в тепловую часть АЭС, которая начинается с парогенератора, проходит через турбину и заканчивается конденсатором. Эта часть на АЭС схематически ничем не отличается от тепловой части ТЭС. Различия связаны только с некоторыми особенностями работы реактора, такими, как наличие радиоактивности в первом контуре, ограничения по температуре рабочего тела, вызванные ядерно-физическими свойствами материалов, используемых в реакторах, повышенными требованиями к чистоте теплоносителя и т.п.

Первым устройством тепловой части АЭС, в которое попадает пар, является парогенератор. Парогенераторная установка — обязательный элемент любой двухконтурной АЭС, разделяющий первый и второй контуры и принадлежащий как тому, так и другому.

В условиях выбранных параметров теплоносителя на выходе из реактора параметры пара, выдаваемого на турбину, и теплотехническая схема парогенераторной установки могут быть различными. В настоящее время используется схема, наиболее близкая к классической, т.е. без перегрева и экономайзера. Поверхность нагрева парогенератора всегда представляет собой систему труб малого диаметра, внутри которых течет теплоноситель как среда с существенно большим давлением.

Термодинамические и экономические расчёты позволили определить, что для АЭС на сегодняшний день оптимальной разницей температур теплоносителя на входе и выходе парогенератора является 30℃.

2.5.2. Выбор термодинамических параметров

Выбор термодинамических параметров для рабочего тела в тепловой части проводится по тем же формулам, которые мы изучали в первой половине наших лекций. Напомним некоторые из них.

Из термодинамики нам известно, что наивысшее значение термического КПД имеет цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Термический КПД цикла Карно тем выше, чем больше начальная (Т₁) и меньшая конечная (Т₂) температуры цикла:

(3.1)

Но свойства водяного пара таковы, что в результате изоэнтропийного сжатия невозможно подогреть воду до наивысшей температуры цикла; поэтому идеальным термодинамическим циклом тепловой электростанции является не цикл Карно, а цикл Ранкина, в котором увеличение энтальпии воды до значения, соответствующего температуре насыщения, происходит практически по нижней пограничной кривой. В связи с этим термический КПД идеального цикла Ранкина η_t меньше, чем для цикла Карно:

Для цикла Ранкина на перегретом паре, как и для цикла Карно, термический КПД тем выше, чем больше начальная температура пара. Максимальный КПД цикла Ранкина на насыщенном паре достигается при начальном давлении пара 13-15 МПа. Из сопоставления идеальных циклов Ранкина для перегретого и насыщенного пара стало очевидным преимущества перегретого пара перед насыщенным паром при равном начальном давлении пара. Поэтому перегрев пара признан обязательным для АЭС с водным теплоносителем.

При отсутствии регенеративного подогрева питательной воды весьма значителен бесполезный отвод теплоты в холодном источнике. Известно, что одним из главных недостатков водяного пара является большая теплота парообразования (теплота конденсации) при давлении, выбираемом на выходе из проточной части турбины. Между тем, как часть этой теплоты могла бы быть использована для подогрева питательной воды перед ее поступлением в парогенерирующую установку в специальных регенеративных подогревателях. Для осуществления регенеративного подогрева питательной воды влажный пар из ступеней турбины может отводиться для частичной конденсации в регенеративных подогревателях и затем возвращаться в турбину для дальнейшего производства работы в ней.

Значительное и легко достижимое увеличение термического КПД при использовании регенеративного подогрева питательной воды привело к обязательному его использованию во всех паротурбинных установках АЭС.

На тепловую экономичность паротурбинной установки влияют не только начальные, но и конечные параметры пара — чем ниже давление за турбиной (давление в конденсаторе), тем больше производимая работа и больше термический КПД установки. Поэтому, конечное давление пара для АЭС с водным теплоносителем принимается не ниже 0,0040 МПа, а для мощных турбин предпочтительнее 0,0045 МПа.