Тепловые схемы АЭС с реакторами, охлаждаемыми жидким металлом

Основной особенностью АЭС с реакторами – размножителями, охлаждаемыми жидким металлом, является обеспечение безопасности и надежности в работе. Поэтому исключается возможность контакта радиоактивного металла с водой, для чего тепловую схему энергоблока выполняют трехконтурной (с промежуточным жидкометаллическим контуром). В настоящее время в эксплуатации применяются два варианта компоновок первого контура.

- Петлевая компоновка, когда контур циркуляции теплоносителя состоит из нескольких автономных или взаимосвязанных петель. Такая компоновка установлена на АЭС в г. Шевченко (Казахстан).

- Баковая компоновка, когда все оборудование первого контура располагается в общем корпусе – баке. Эта компоновка используется на Белаярской АЭС.

Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки и поэтому оба они рассматриваются как перспективные и равноценные.

Преимущества и недостатки баковой компоновки.

- Все компоненты радиоактивного первого контура расположены компактно в общем баке, что обеспечивает надежную радиационную безопасность.

- Большой объем жидкого металла в баке позволяет аккумулировать тепло.

- Небольшое гидравлическое сопротивление первого контура требуют небольших напоров от циркуляционных жидкометаллических насосов и небольшого избыточного давления в контуре.

- Однако баковая компоновка затрудняет доступ к оборудованию первого контура в период аварийных остановов и ремонтов.

Петлевая компоновка наоборот имеет хороший доступ к оборудованию. Кроме того при выходе из строя одной из петель энергоблок может работать на других петлях.

Возможность достижения высоких температур жидкометаллического теплоносителя позволяет получать высокие параметры пара в третьем контуре, сопоставимые с параметрами обычных ТЭС. Тепловая схема энергоблока АЭС с баковой компоновкой реактора приведена на рис.6.8.

Характеристики третьего блока Белоярской АЭС с реакторами – размножителями типа БН-600:

- мощность энергоблока – 600 МВт;

- теплоноситель первого и второго контуров – натрий;

Рис.6.8. Принципиальная тепловая схема энергоблока АЭС с реактором БН

баковой компоновки.

1 – реактор; 2 – циркуляционный насос первого контура; 3 – электропривод циркуляционного насоса; 4 – активная зона; 5 – промежуточный жидкометаллический теплообменник; 6 – пароперегреватель; 7 – испарительная часть парогенератора; 8 – редукционно – охладительная установка; 9 – конденсатор РОУ; 10 – конденсатный насос РОУ; 11 – часть высокого давления турбины; 12 – часть среднего давления турбины; 13 - части низкого давления турбины; 14 – конденсатоочистка; 15 – подогреватели низкого давления; 16 – деаэратор; 17 – насос системы расхолаживания; 18 – подогреватели высокого давления; 19 – циркуляционный насос второго контура; 20 – фильтр натрия промежуточного контура; 21 – быстродействующее сбросное устройство первого контура; 22 – система подачи очищенного инертного газа; 23 – насос подпитки первого контура; 24 – бак натрия подпитки первого контура.

- температура первого контура на входе в активную зону – 400 ⁰С;

- температура первого контура на выходе из активной зоны – 580 ⁰С;

- температура второго контура на входе в теплообменник – 340 ⁰С;

- температура второго контура на выходе из теплообменника – 550 ⁰С;

- параметры пара перед турбиной:

- давление – 12,7 МПа;

- температура – 535 ⁰С;

- температура питательной воды – 240 ⁰С;

- к.п.д. энергоблока – 40,1 %;

- глубина выгорания топлива – 10 %

- длительность компании реактора без перегрузок – 450 суток.

Существует проект создания АЭС с бинарным ртутно – водяным циклом тепловой схемы. Первый контур такого энергоблока работает на натрии; второй – на ртути и третий – на воде. На втором контуре устанавливается ртутная турбина электрической мощностью 120 МВт. Водяной контур имеет паровую турбину электрической мощностью 420 МВт. Таким образом, общая мощность этого энергоблока составляет 540 МВт.

Контрольные вопросы

1. Напишите и объясните уравнение Эйнштейна о выделении энергии при ядерной реакции.

2. Какое количество энергии соответствует одной атомной единицы массы?

3. Как определяется количество протонов и массовое число при описании химического элемента?

4. Как определить тепловую энергию ядерной реакции?

5. Что такое энергия связи и энергия порога деления элементарных частиц?

6. Что является характеристикой взаимодействия нейтронов с ядром вещества?

7. Как создается самоподдерживающая цепная реакция?

8. Дайте определение коэффициента размножения и эффективного коэффициента размножения?

9. Нарисуйте и объясните конструктивную схему реактора.

10. Какое уравнение определяет связь эффективного коэффициента размножения нейтронов с составом и размером активной зоны?

11. Покажите изменение нейтронного потока по высоте и радиусу активной зоны реактора.

12. Как определяется тепловая мощность реактора?

13. Каким соотношением определяется стационарная работа реактора?

14. В чем различие реакторов на тепловых и быстрых нейтронах?

15. Дайте классификацию реакторов по: степени воспроизводства; принципу распределения горючего; виду замедлителя; типу теплоносителя; конструктивным признакам.

16. Объясните, что обозначает: водо – водяные; граффито – водяные; граффито – газовые; тяжеловодно – водяные реакторы.

17. Объясните различие в одно-, двух- и трехконтурных принципиальных тепловых схемах энергоблоков АЭС.

18. Покажите конструктивные схемы реакторов АЭС, охлаждаемых кипящей водой.

19. Нарисуйте и объясните принципиальную тепловую схему энергоблока АЭС с реакторами РБМК-1000.

20. Преимущества и недостатки реакторов канального типа.

21. Покажите конструктивные тепловые схемы энергоблоков АЭС, охлаждаемых водой под давлением.

22. Нарисуйте и объясните принципиальную тепловую схему энергоблока АЭС с реакторами ВВЭР-1000.

23. Какие особенности реакторов охлаждаемых жидким металлом?

24. Покажите два варианта компоновок первого контура энергоблоков на быстрых нейтронах.

25. Преимущества и недостатки баковой компоновки реактора на быстрых нейтронах.

26. Нарисуйте и объясните тепловую схему энергоблока АЭС с реакторами БН баковой компоновки..