Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 67
Текст из файла (страница 67)
2баЗ, не выбрасывается в атмосферу, а используется для подогрева питательной воды по линии 4' — б' в газоводяном перегревателе 8. Количество теплоты, затрачи- 420 гэ.а. пиксы ядерных енергеги вских установок ваемое на обрааование пара в ВП, уменьшается на величину пл. б'гз4'5', а аффективность комбинированного цикла увеличивается. Для нагревания 1 кг воды необходимо аатратить теплоту ш кг газа. Количество газа ш определяется из уравнения теплового баланса гааоводяного перегревателя: ш(5 5- й ) = йг — Ьг.
(12.1б) Работа пароводяного цикла: (12Л7) 1„; = (5' — Л'). Работа газового цикла: Ке ш[()гг Аг) (Ьв бг)] (1 2. 18) Теоретическое количество теплоты, подведенное к рабочим телам, мгг = гп(й, — йг) ~.(йг — йг). (12.19) Подставляя выражения (12.17) — (12.19) в формулу КПД, получаем 1')„' ~я (Лг Лг) о ш(дг Лг) (Лв Лд Применение парогааовых установок улучшает тепловую схему электростанции; обеспечивает болыпую экономию топлива по сравнению с чисто паровыми и газотурбинными установками (парогазовая установка может дать экономию топлива до 15'А по сравнению с паротурбинной той же мощности) и повышает КПД.
1 2.8. Циклы ядерных энергетических установок В настоящее время созданы и работают наземные и судовые атомные электростанции, которые используют энергию, выделяющуюся в результате деления ядер тяжелых элементов, чаще всего смеси изотопов урана 235 и 238, либо их окислов, а также плутоний. В качестве теплоносителей используются вода, газы (гелий, азот, углекислый газ), жидкие металлы (калий и натрий)„органические жидкости (углеводороды, дифеиил, дифенильный эфир, трифенил, изопропил). 427 Глава ! 2. Циклы лвэо сил о выл установок При обеспечении соответствующего уровня надежности и безопасности работы, а также приемлемых весовых характеристик ядерная энергетическая установка 1ЯЭУ) является перспективным источником энергии на борту космического аппарата.Ядерная энергетическая установка включает в себя следующие основные агрегаты; ядерный реактор, парогенератор-теплообменник, паровую турбину, конденсатор, насосы, радиационную защиту.
Кроме этого, необходимы система управления реактором, электрогенератор, циркуляционные кснтуры, вспомогательные агрегаты. Ядерные энергетические установки могут быть одно-, двухи трехконтурными. В одноконтурных ЯЭУ рабочее тело из основной зоны реактора направляется в турбину. В таких установках ТРТ становится очень радиоактивным. В двух- и трех- контурных установках уровень радиоактивности рабочего тела значительно снижается. Рассмотрим более подробно принципиальную схему однононтурной ядерной энергетической установки, представленную на рис.
12.21. В ядерном реакторе 1 в результате биологическая деления ядер атомного горючего вызащита деляется теплота в активной зоне ре- 1 актора, которая нагревает рабочее тех ло и превращает его в пар. Из реактора пар поступает впаро- 4 3 вую турбину 2, где, расширяясь, про- 11 изводит работу. Отработанный пар после турбины поступает в конденРио. 12.2! сатор 3. Конденсат с помощью насо- са 4 снова подается в реактор. В качестве рабочего тела для одноконтурных атомных установок обычно используются газовые и органические теплоносители, а также вода. Основным недостатком органических теплоносителей является высокая температура конденсации.
Так, например, у дифенилоксида при давлении 0,010 МПа температура конденсации Т, = 470 К. Поэтому их используют в одноконтуриой схеме только с турбинами высокого давления, в которых отработавший пар применяется для теплофиксации. Цикл одноконтурной атомной энергетической установки с паром предстаилен на рис. 12. 22. Цикл состоит из следующих 42Э 12 З. Циклы лдериых эиергегииэских ускаиокок Биохогикксиол Рыо. 12.22 Рис. 12.23 процессов: 4 — 1 — подогрева рабочего тела; 1 — 2 — парообразования в ядерном реакторе; 2 — 3 — адиабатного расширения рабочего тела в турбине; 3 — 4 — отвода теплоты в конденсаторе при постоянном давлении.
При определенных упрощениях цикл атомной энергетической установки можно свести к циклу Редкина. Поэтому термический цикл атомной энергетической установки можно определить по формулам (12. б) и (12.7). В двухконтурной ядерной энергетической установке (рис. 12.23) используются два теплоносителя. В первом контуре циркулирует промежуточный теплоноснтелгч а во втором — пода и водяной пар. Нагретый в ядерном реакторе 1 промежуточный теплоноситель поступает в парогенератор-теплообменник 2, где отдает теплоту рабочему телу второго контура. Затем с помощью насоса 3 теплоноситель подастся в реактор.
Водяной пар из парогенератора-теплообменника 2 поступает в паровую турбину 4, откуда влажный пар поступает в конденсатор б, где полностью конденсируется и насосом 6 подается в парогенератор-теплообменник. В двухконтурных атомных энергетических установках обычно второй контур установки отделен от первого специальной биологической защитой. В качестве теплоносителя в первичном контуре используются вода, органические вещества и газы. При использовании жидких металлических геплоносителей (калий, натрий) появляется возможность увеличить начальную температуру поступающего в турбину рабочего тела, т. е.
повысить термический КПД цикла и установки в целом. 429 Глава 12. Цлкло пвоослловок ус вноэок Однако при контакте с тепловыделяющими элементами реактора они становятся радиоактивными, а при контакте с водой и кислородом становятся взрывоопасными. Во избежание этого при применении жидких металлических теплоносителей используется трехконтррная тепловая схема. В первом контуре циркулирует металлический теплоноситель (натрий или калий), во втором — натрий нли натриево-калиевый сплав, в третьем — вода и водяной пар. Второй и третий контуры установки не радиоактивны и в них нет необходимости применения биологической защиты.
Термический КПД атомных энергетических установок, как и парового цикла Карно, зависит от начальных и конечных параметров пара. Начальные параметры лимитируются допускаемой температурой покрытия тепловыделяющих элементов реактора, которая составляет 400 — 600 'С, а также критической температурой ядерного топлива, при которой наступают фазовые превращения.
На величину термического КПД наибольшее влияние оказывает термический КПД паросилового цикла. Действительный КПД современных атомных станций составляет 17 — 36%, . ЗАДАЧИ И ИХ РЕШЕНИЕ ! . Определить термический КПД следующего парового цикла (рис. 12.24), если заданы степени сухости в точках 1 и 6 (хз = 0,96; хв = 0,9) и давление в точке 1 рз = 1 бар. Решение. / Поскольку в области влажного насыщенного пара изобары и изотермы совпадают, то процессы 1 — 2 — 3 и 4 — 6 — 6 будут являться изотермическими, а цикл, состоящий из двух ивов à — славь терм и двух адиабат, является циклом Карно, эффективность которого / Применительно к заданному циклу Т,„будет в точках 4, 6 или 6, а Т „„— в точках 1, 2 или 3.
Рис. 12.24 430 Ззаззз и их Решение Температуры в указанных точках определяются по йз-диаграмме водяного пара по следующему алгоритму: С находится как точка пересечения изобары рз = 1 бар со степенью сухости х = 1 и будет равна 100 'С: температура в точке 6 будет определяться как линия пересечения нзобзры, начинающейся в точке 1, полученной на пересечении р, и хз = 0,95 с линией сухости х =- 0,9; тз будет равна 70 'С. Следовательно, гз + 273,15 343 15 = 1 — =- 1 — — — ' — = 0,0804.
'"з П + 273,15 373,15 2. Совершается цикл паровой установки полного расшире- ~ ния — цикл Ренкина, в котором пар адиабатна расширяется от р, — — - 20 бар и П = 500 'С до р, = 1 бар. Определить, пользуясь йз-диаграммой, термический КПД, работу и конечные параметры расширения, если температура воды перед подачей ее в котел з „= 60 'С. Р е ш е н и е. г В данном случае КПД определяем по формуле П2.8): дг — Ьз 5, — 4,1868г Работа цикла будет равна разности внтальпий: йй †. з з г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
