Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 69
Текст из файла (страница 69)
ность определить термический КПД цикла: ч)с — — 1н14, = ( (1, — 1в) — (1„— 1в))1 l(1~ — 1.). Как уже отмечалось, в энергетических установках атомных электростанций в качестве теплоносителей используют органические и жидкометаллические вещества, Органические теплоносителн при нагревании, в реакторе приобретают незначительную радиоактивность, что дает возможность использовать для.энергетических установок одноконтурную тепловую схему, В этом случае исключается промежуточный парогенератор и повышается КПД всей станции. Однако большая температура конденсации (например; у дифенилоксида при давлении 0,0!5 МПВ температура конденсации ж470 К) не создает условий для полною использования указанного преимущества органического теплоносителя.
Поэтому такие теплоносители используютсн в одноконтурной схеме только с турбинами высокого давления, а отработавший В турбине пар используется для целей теплофикации. Пои органическом теплоносителе в двухконтурной схеме парогенератор второго контура дает перегретый пар с перегревом в 320 — 370 К. Жидкометаллические.теплоносители (в основном калий и натрий) дают возможность за счет своих теплофизических свойств резко уве'личить начальную температуру рабочего тела, поступающего в турбину. При этом значительно возрастает КПД цикла и установки в целом.
Однако такие теплоносителя обладают высокой радиоактивностью, воспринятой в реакторе, и могут привести к взрыву при контакте с водой и кислородом. Зги обстоятельства приводят к необхо. димости использовать трехконтурную тепловую схему (рис. 141, и). 327 Рнс, 140. 1\яка Репнппа атомной внергетяческой установка В первом контуре циркулирует металлический теплоноситель (обычно натрий), во-втором — либо натрий, либо натриево-калиевый сплав. В третьем контуре теплоносителем и рабочим телом является вода.
Второй и третий контуры нерадиоактивны и не требуют биологической защиты. На рис. 141, б представлен цикл с натриевым теплоносителем и промежуточным перегревом пара'. Пар в третьем контуре после первичного перегрева в парогенераторе 4 (рис. 141, а) (с-)1) имеет давле- . ние 10 МПа и температуру 750 К. Вначале он используется в турбиие высокого давления б„и'расширяется до 22 МПа (б(-е), а затем поступает во второй пароперегреватель 5 и вновь перегревается до тех же 750 К (б-1). Дальнейшее его использование производится в цилиндре а7 Рнс, 141. Треккоктурная атомная анергеткнеская установка; ' а — схема, С вЂ” реактор; у — парогевератар первого контура; а — насос; Е П.
9 — парагвае.! ратары второго контура; б — турбкпы высокого гбп), срелнего )ба) к ннакого )б ) давле пна) 7 — вкнгалгаааеры;  — регенератнвпые подогреватслк )Р. 1) — насосы; б †.пнкл на ) лт-лк в гр ам ме среднего и низкого давлений бе и 6,, Высокий термический КПД АЭС можно получить, если осуществить с указанными теплоносителями бинарный цикл. Термически и радиационно более стойки газовые теплоносители, которые при прохождении через реактор приобретают незначительную радиоактивность, При применении таких теплоносителей могут использоваться одноконтурные'тепловые схемы станций, что повышает их 'КПД. Однако в настоящее время используются двухконтурные схемы, причем теплойосителем второго контура являются вода и во-дяной пар.
Тепловая схема в этом случае отличается от двухконтуриой тспловой схемы с водяным теплоносителем. Разница заключается в том, что в,установках с газовым теплоносителем приходится затрачивать значительно больше энергии на прокачку газа через реактор. В водо-водяных она составляет ! — 3% от мощности турбин, а в реактбрах с газовым теплоносителем — !Π— 15%. Это связано е тем, что газ по сравнению с водой имеет меньшую теплоемкость. Чтобы сннзкть расход газов через реактор и таким образом уменьшить расход энергии на его циркуляцию, создают большую разность температур тепяоносителя на входе в реактор и выходе из него: для углекислоты это 430 — 520 К, а для гелия 570 — 770 К.'Температура теплоносителя Зэк на выходе из реактора в зависимости от его особенностей.и твмпервтун .
ры поверхности ТВЭЛов может быть равна 620 — 8?О К. , Наиболее перспективным направлением в развитии атомных впаяв гетических установок с газовым теплоносителем остается создание ойр иоконтуриой скелеты с газовой турбиной, Это позволяет создать веса ма компактную установку. На рис. 142, а представлена тепловая схв. ма, а на рис. 142, б — цикл гелиевой газотурбинной установки с ядер. ным реактором. В процессе п-Ь осуществляется подогрев галу!я, при' чем а-а' в регеперативном подогревателе 7 и а'-Ь вЂ” в реакторе б.
Сжатие гелия до давления !О МПа производится компрессорами 3, 4, 1о. Так как температура поверхности ТВЭЛов составляет примерно 970 К, а) А 7 Риск !42. Одноконтурная атомная энергетическая установка с гввоввм тепло носителем и газовой турбиной: о — схемз: 7. 3. 77 — охладнтели; 3, з, го — компрессоры; 5 — турбина выообрго давления; б — реактор; 7 — регенеративныа подогреватель; 9 — турбина низкого давлання; и потребитель ввергни; б — анкл иа зт-диаграмме з то подогрев в реакторе осуществляют до 870 — 920 К.
Процеее Ь.с нзо бражает расширение газа в турбинах высокого Б и низкого 9 давлений. Расширение газа заканчивается при температуре, превышающей тем. пературу гелия на входе в реактор, на 10 — 15 К, так как отработавший газ является греющим теплоносителем в регенеративном подагре. вателе 7. Процесс с-гу представляет собой изобарное охлаждение отрв. ботавшего газа в регенераторе 7, с1-е — в охладителе-предохранителе В перед поступлением его в компрессор низкого давления.
Процессы е-1; 1-2; 2-3; 3-4 и 4-а изображают соответственно адиабатное сжатие и изобарное охлаждение в компрессорах 3 и 4 и охладителях 12 и 1. КГИ цикла при указанных параметрах достигает 42% при регенеративном подогреве и всего 31 % без регенератнвного подогрева. 5 427. Циипы пврогвзовых установок Увеличение КПД газовых турбин ограничивается в связи с невозможностью увеличения температуры рабочего тела, поступающего в турбину, выше 970 — 1070 К, а их единичйая мощность — из-за воз. растающей затраты энергии на собственные нужды. Первое ограииче. За кне устранить сложно из-за отсутствия в настоящее время термически прочных и стойких металлов, а второе — может быть снято полностью нлаа частично добавлением к продуктам сгорания высокоэнтальпийного вещества, приводящего к общему увеличению энтальпии рабочего тела, или применением установок с двумя турбинами, причем одна газоводная, а другая с высокоэнтальпийным рабочим телом (водой).
Гззотурбннные установки, работающие с рабочим телом, состоящим нз смеси пара н газа, или использующие в тепловой схеме станции газ н пар, назьгваются п а р о г а з о в ы м и у о т а н о в к ам и,а их циклы — парогазовыми. 7п5 ж Рис. ЫЗ, Утарогаэован энергетическая установка со смешанным рабочим телом а — алема; б — анка аа ат.аиаграмме Впервые идея создания энергетической установки с двумя рабочи ми телами (водяной пар и продукты сгорания — газы), смешиваемы ми перед подачей в турбину, была высказана в конце прошлого столе тия русским инженером П.
Д, Кузьминским. Впоследствии эта идея вновь возродилась в работах Сибирского отделения АН СССР. Сжатвгй воздух в таких установках из компрессора 7 (рис, 143) йаправляется н камеру сгорания 2, куда насосом б через регенеративный гюдогреватель 4 подается химически очищенная вода. В конце камеры сгорания происходит смешение горячих продуктов сгорания (газов) н регеиеративно подогретой воды.
Таким образом, камера сго. ран ия 2 выполняет две функции: сжигание топлива и смешение продуктов сгорания' с водой. Образовавшаяся при этом парогазовая смесь из камеры сгорания 2 поступает в турбину 8, а затем через регеиеративный подогреватель 4 выбрасывается в атмосферу или направляется в специальный конденсатор,.Произведенный впрыск воды в продукты сгорания камеры 2 снижает температуру газов до приемлемых,значений и повышает удельную энтальпию рабочего тела. Парогазовый цикл можно представить в виде совокупности двух циклов — газовоздушного и парового (рис. 143, б).
Полезная удельная работа всей установки определяется суммой пл. парового а-Ь-с-д-е-/г (7) и газового 1-2-8-4 ((и„) циклов. Указанные циклы постро- 330' сны для 1 кг продуктов сгорания и а кг водяного пара. Если и .,— масса водяного пара, а гпг„— масса продуктов сгорания, то их отно. шение лг,,,lт„;,=г( называется относительным расход о м п а р а. Пусть в регенеративном подогревателе вода нагревается до температуры кипения, тогда необходимую для этого удельную теплоту можно представить пл. аЬта, Она отбирается от отработавшего рабочего тела, состоящего из паровой и газовой составляющих. В зТ-диаграмме .удельная теплота, отданная газовой составляющей, изображается пл. 2578, а паровой составляющей — пл.
е~)гд. В сумме 7В в а Рис. 144. Парогазовая энергетическая установка е разделевимм рабочим телом: а — сцене: Π— цикл иа гг-дицгацыие зти две площади равны пл, аЬтл, т. е. удельной теплоте, затраченной на подогрев воды. Общая подведенная теплота в парогазовом цикле слагается из подведенной теплоты газовой составляющей дг„, (пл. 1554) и паровой составляющей дг ц,р (пл. тЫ(), поэтому термический КПЛ парогазового (двойного) цикла можно определить в виде отношения тц = (11аа+ с(1цар)1(% аз +5%нар)г где 1, и Й„» — удельная работа соответственно газового и парового циклов; д, „„и с)д, ц,р — затраченная теплота в газовом н паровом циклах. В период освоения циклов с раздельными рабочими телами было опробовано и осуществлено несколько различных тепловых схем.
Нви. более эффективной оказалась схема, в которой паровой цикл по отношению к газовому циклу явился полностью утилизационным. В такой схеме паровая часть установки работает без дополнительной затраты топлива. Такая установка (рис. 144, а) состоит из высокотемпературной газовой турбины 3 с потребителем 4 котла-утилнзатора 5 й паровой турбины 6 с потребителем 9. Из компрессора 1 сжатый воз- 33'! дух подается й камеру сгорания 2, где в результате сгорания топлива Образуется рабочее тело со средней температурой 1370 — 1570 К. Такая высокая температура рабочего тела, поступающего в турбину 3, требует охлаждения лопаточного аппарата. Охлаждающее устройство в этой схеме одновременно является пароперегревателем паровой части схемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
