Лекции / Лекция 11

ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ДВУХКОНТУРНОЙ ЯЭУ С ВВЭР

Цикл ПТУ ЯЭУ с типа ВВЭР-1000

Теплоноситель первого контура – вода. Давление 16, 5 МПа (TН = 350 °С), температура на входе в активную зону – 289°С, на выходе – 322 °С. Поэтому во втором контуре реализуется паротурбинный цикл насыщенного пара с промежуточной сепарацией и промежуточным перегревом (1-с-в-п-2-3-4-5).

Рабочая среда – вода: Р1 = 6,2 МПа, T1 = 278 °С, РС = 1,12 МПа (х≈0,88),

TП = 250 °С, Р2= 3-4 кПа (TН ~28,6 °С), ηT ~ 33%

ОПТИМАЛЬНЫЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ КПД ЯЭУ

Электрическая мощность ЯЭУ P прямо пропорциональна тепловой мощности реактора (1) Q, и КПД ее преобразования в электричество

η :

= η .

ОПТИМАЛЬНЫЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ КПД ЯЭУ

Термический КПД обратимого цикла определим через средние температуры рабочего тела во втором контуре на участках подвода тепла Т1 и отвода тепла Т2 :

η = 1 − 2Τ 1 ≥ η .

Тепловую мощность реактора выразим через разность между температурой ц в центре твэла и средней температурой тн теплоносителя в активной зоне = ц − тн :

Здесь V - объем активной зоны; ТВ - объемная доля твэлов;

- коэффициент неравномерности тепловыделения; тв - полное термическое сопротивление твэла; d - диаметр твэла.

ОПТИМАЛЬНЫЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ КПД ЯЭУ

Средняя температура теплоносителя превышает среднюю температуру Т1 рабочего тела во втором контуре на величину среднего температурного напора ПГ в парогенераторе

тн = 1 + ПГ.

Используя полученные выражения для термического КПД и тепловой мощности реактора, получим окончательное выражение для

Фиксируя все параметры, кроме Т1, из условия P/ Т1 = 0 получаем, что вырабатываемая мощность достигнет максимального значения при оптимальной температуре рабочего тела

1ОП = ( ц − ПГ) 2.

ОПТИМАЛЬНЫЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ КПД ЯЭУ

Термический КПД при оптимальной температуре рабочего тела:

η ОП = 1 − 2Τ( ц − ПГ) .

Если температура Т1 ниже оптимальной, то электрическая мощность ЯЭУ мала из-за низкого значения КПД. Если температура Т1 выше оптимальной, то электрическая мощность ЯЭУ мала из-за низкой энергонапряженности активной зоны.

При Т2 = 300 К, ТЦ = 1800 К и ПГ = 50 К получаем оптимальные значения Т1 = 725 К (452 °С) и ηT = 0,58. Однако, чтобы реализовать столь высокое значение КПД в заданном температурном диапазоне необходимо подобрать подходящее рабочее тело.

НЕОБРАТИМЫЕ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ

Используя уравнение теплового баланса в ТО для потоков теплоносителей (1) и (2) (в изобарических условиях)

dQ = G1CP1dТ1 = G2CP2dТ2 ,

получим выражение для интегральных необратимых потерь (затрат) мощности на теплообмен в ТО:

PТ= ВХ−ВЫХ =ТО (G2CP2 ln(Т2ВЫХ/Т2ВХ) – G1CP1 ln(Т1ВЫХ/Т1ВХ)) .

Температуры входа и выхода теплоносителей (i = 1,2) в теплообменнике (ТIСР – средняя температура от вх до вых)):

получим

НЕОБРАТИМЫЕ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ

ln(ТIВЫХ/ТIВХ) = lnТIВЫХ – lnТIВХ =

= lnТIСР+ ТI/(2ТIСР) – lnТIСР + ТI/(2ТIСР) = ТI/ТIСР .

Тогда необратимые затраты мощности на теплообмен

PТ = ТО (G2CP2 Т2 /Т2СР – G1CP1 Т1 /Т1СР ) =

= ТОQ (1/Т2СР – 1 /Т1СР ).

Затраты мощности на прокачивание теплоносителя

NI = PI GI /(ρI ηIН) , [ Вт] , i = 1,2,

где PI – перепад давления, GI – расход, ρI – плотность теплоносителя в i – ом контуре ТО, ηIН – коэффициент эффективности насоса.

НЕОБРАТИМЫЕ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ

Затраты мощности на прокачивание теплоносителя полностью переходят в тепло, выделяемое примерно при средней температуре каждого теплоносителя. Эта теплота трения частично преобразуется в полезную мощность, другая часть PТР необратимо теряется . При этом необратимая часть затрат мощности на прокачивание составит

PТР = P1ТР + P2ТР = ТО (N1 /Т1СР + N2 /Т2СР).

В результате, необратимые затраты мощности на теплообмен и трение в теплообменнике определяются следующим выражением:

PТ + PТР = ТОQ (1/Т2СР – 1 /Т1СР) +ТО (N1 /Т1СР + N2 /Т2СР).