Процесс сепарации пара и промперегрев.

Теплоносители и рабочие тела АЭС.

Выбор теплоносителя для АЭС является одной из важнейших задач. Теплоноситель определяет нейтронно-физические процессы в реакторе, его свойства определяют верхние достижимые параметры пара (с увеличением начальных параметров пара перед турбиной увеличивает КПД АЭС) и интенсивность теплопередачи.

С ростом коэффициента теплопередачи k, который определяется значением теплофизических свойств c_p, λ, α, μ, ν, скоростью теплоносителя и развитостью ПТО (т.е. шероховатость сгибы), уменьшается поверхность теплообмена F_ПТО, соответственно уменьшаются и затраты на ПГ

Теплоноситель различают:

· высокотемпературный;

· среднетемпературный;

· низкотемпературный.

При выборе теплоносителя учитываются четыре группы свойств:

1. нейтронно-физические:

1.1. малое сечение захвата;

1.2. большое сечение рассеяния для ядерных реакторов на тепловых нейтронах и малое сечение рассеяния для ядерных реакторов на быстрых нейтронах;

1.3. по возможности малое сечение активации s_g+s_r;

2. теплофизические (для отвода тепла из ядерного реактора и отдачи в ПГ):

2.1. высокие c_p, λ, α.

2.2. малое давление насыщенных паров p₂ при высоких рабочих температурах t₂;

2.3. малые динамическая μ и кинематическая ν вязкости, что позволить понизить мощность главного циркуляционного насоса N_ГЦН и потери давления DP₂;

3. физико-химические:

3.1. слабое взаимодействие с конструкционными материалами активной зоны и ПГ, что позволяет уменьшить электрохимическую коррозию и уменьшить растворимость присадок

3.2. теплоноситель должен быть слабым растворителем, чтоб в теплоносителе не накапливались примеси способные вызвать солеотложения на ПТО;

3.3. теплоноситель должен слабо химически взаимодействовать с водой, водяным паром, воздухом;

4. технико-экономические:

4.1. теплоноситель должен быть достаточно распространенным веществом в природе;

4.2. теплоноситель не должен дорого стоить;

4.3. теплоноситель должен легко поддаваться очистке.

Виды теплоносителей и их свойства:

· Вода

· Тяжелая вода

· Органические жидкости

· Жидкие металлы

· Газовые теплоносители

Действительный процесс расширения пара в h-s диаграмме.

Откладываем на диаграмме точку с заданными начальными параметрами P₀, T₀ , X_0, находим значение энтальпии для этой точки h₀ . Опускаем линию от точки с начальными параметрами до линии равной давлению на выходе. Это точка теоритического расширения пара, находим значение энтальпии для этой точки h_A. По формуле:

h₁=h₀-η_ов*(h₀-h_A)

находим значени энтальпии h₁, которое будет соответствовать реальному значению пара, и отметим это значение на линии, соответствующей давлению пара на выходе, тем самым получив точку, соответствующую реальному состоянию пара после изоэнтропного расширения на выходе из ТУ.

Процесс сепарации пара и промперегрев.

Наличие влаги в паре ведет к понижению КПД на всех ступенях турбины, а также вызывает эрозию элементов проточной части (в первую очередь рабочих лопаток).

Мероприятия по уменьшению влажности и защите проточной части от эрозии:

1. Отвод влаги при помощи сепарационных устройств:

а). Внешние сепараторы между корпусами турбины;

б). Внутритурбинные сепарационные устройства.

2.Промежуточный перегрев пара.

Местоположение внешнего сепаратора определяется максимальной допустимой влажностью в проточной части – 12-13 %.

Турбина при этом выполняется двухкорпусной (рис.1) – с ЦВД и ЦНД и сепаратором между ними.

Сепаратор обеспечивает снижение влагосодержания с 12-13 % (после ЦВД) до »1 % перед ЦНД.

К внутритурбинным сепарационным устройствам относятся:

1. Обычные влагоулавливающие устройства, в которых капельки влаги с выходной кромки рабочих лопаток отбрасываются под действием центробежной силы в щель-ловушку в корпусе.

2. Аналогичные устройства, но с отсосом части пара из камеры-ловушки. Для обеспечения эффекта отсоса, камера сообщается с областью пониженного давления.

3. Отсос влаги через пустотелые сопловые перегородки. Полость внутри перегородки сообщается с областью пониженного давления, а почти по всей высоте перегородки в районе входной кромки делаются щели, в которые и засасывается водная пленка, движущаяся по поверхности профиля.

4. Очень эффективным является вывод влаги через регенеративные отборы. Развитая система регенеративного подогрева питательной воды обеспечивает и значительное снижение влажности в проточной части.

Промежуточный перегрев пара, как правило, осуществляется свежим паром (рис.2) или же двухсекционно - сначала паром одного из отборов ЦВД, а затем свежим паром, который имеет значительно более высокую температуру, чем пар, идущий из ЦВД.

Промперегрев осуществляется только при наличии перед перегревателями эффективного влагосепаратора, способного осуществить максимальную сепарацию влаги из пара и свести к минимуму нерациональное расходование дополнительного количества свежего пара на осушение рабочего пара.