Атомные паротурбинные установки

На рис. 9.24 приведена схема двухконтурной атомной паротурбинной установки.

Атомный реактор представляет собой металлический кожух, заполненный стержнями с ядерным горючим (природный уран ²³⁸U в смеси с
ураном ²³⁵U). При делении ядер урана выделяется теплота.

В первом контуре (I) циркулирует теплоноситель (вода под давлением, жидкие металлы, органические жидкости, газы), прокачиваемый насосами через атомный реактор и нагреваемый за счет теплоты, выделяющейся в результате реакции деления ядерного топлива.

Обозначения: АР - атомный реактор;

ПГ - парогенератор; Т - турбина; К - конденсатор;

Н - насос; БЗ - биологическая защита

Во втором контуре (II) циркулирует рабочее тело (вода и водяной пар). Теплота от теплоносителя к рабочему телу передается в теплообменнике – парогенераторе.

Биологическая защита – стена из баррибетона, отделяющая оборудование второго контура, которое обслуживается людьми, от оборудования первого контура.

При одноконтурной схеме рабочее тело из реактора направляется в турбину. В этом случае все оборудование работает в радиоактивных условиях. Это усложняет эксплуатацию. Преимуществом является лишь простота конструкции.

На рис. 9.25 представлен обратимый цикл в T-s-диаграмме первой в мире атомной паротурбинной установки (1954 г.).

Установка – двухконтурная. Теплоноситель – вода при давлении 100 бар, нагреваемая в атомном реакторе от 190⁰С до 270⁰С.

Электрическая мощность установки N_э=5 МВт, электрический КПД

,

где , Вт – тепловая мощность атомного реактора;

G_T, кг/с – расход теплоносителя;

, - энтальпия теплоносителя на входе и на выходе атомного реактора.

Развитие и совершенствование оборудования атомных электростанций позволило повысить параметры пара до Р₁ = 30 - 80 бар, температуру перегрева до t₁ = 500 - 515⁰C, электрический КПД до , единичную мощность энергоблоков довести до 1000 МВт и более.

Для атомных паротурбинных установок приходится решать много проблем: обеспечение максимального теплосъема в атомном реакторе, осуществление теплообмена в парогенераторе с наименьшей степенью необратимости, проведение процесса расширения пара в турбине при допустимой влажности пара х₂ ³ х_доп = 0,88 – 0,92.

Достоинством атомных электростанций является независимость от источников сырья. Для выработки 1 млн. кВт^.ч электроэнергии требуется 200 г урана или 400 т угля. Экологическая чистота АЭС много выше, чем ТЭС, работающей на органическом топливе. Атомная энергетика – это энергетика будущего.