10.2 Тепловые схемы атомных электростанций и типы реакторов
Тепловая схема АЭС может быть одно-, двух- и трехконтурной (рис.9.3). Одноконтурные и двухконтурные схемы применяют на АЭС с реакторами на тепловых нейтронах, трехконтурные - на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.
В одноконтурной схеме (рис.10.3а) пар вырабатывается непосредственно в реакторе и поступает в паровую турбину, вал которой соединен с валом генератора. Отработавший в турбине пар конденсируется в конденсаторе, и конденсат циркуляционным насосом подается в реактор. Таким образом, в этой схеме теплоноситель является одновременно и рабочим телом. В одноконтурных схемах все оборудование работает в радиационно-активных условиях, что осложняет его эксплуатацию.
В двухконтурной схеме (рис.10.3б) теплоноситель и рабочее тело движутся по самостоятельным контурам (соответственно первому и второму), общим элементом которых является парогенератор. Нагретый в реакторе теплоноситель поступает в парогенератор (теплообменник), отдает теплоту рабочему телу и циркуляционным насосом снова возвращается в реактор. Полученный в парогенераторе пар подается в турбину, совершает в ней работу, затем конденсируется в конденсаторе, а конденсат питательным насосом подается в парогенератор. Таким образом, радиоактивный контур теплоносителя включает не все оборудование станции, а лишь его часть. Достоинство одноконтурных схем по сравнению с двухконтурными состоит в их простоте и большей тепловой экономичности.
В трехконтурных схемах (рис.10.3г) радиоактивный теплоноситель первого контура (жидкий натрий) из реактора направляется в промежуточньй теплообменник, отдает в нем теплоту нерадиоактивному теплоносителю второго (промежуточного) контура и циркуляционным насосом возвращается в реактор. Теплоносителем второго контура также является натрий, он отдает теплоту в парогенераторе рабочему телу - воде; полученный в парогенераторе пар поступает в паровую турбину.
Второй промежуточный контур исключает возможное взаимодействие радиоактивного натрия с водой при появлении неплотностей в теплообменных стенках парогенератора. Введение этого контура приводит к увеличению капитальных затрат на 15-20%, однако повышает надежность и безопасность работы станции.
Одна из главных особенностей одноконтурных реакторов - возможность перегрузки топлива на работающем реакторе без снижения его мощности. Благодаря тому что активная зона канального реактора представляет собой набор идентичных элементов (каналов), можно увеличением числа этих каналов создать зону практически любой необходимой мощности. Достоинством канальных реакторов также является возможность их изготовления на общемашиностроительных заводах.
Главный их недостаток - разветвленность и громоздкость контура циркуляции, что требует поиска новых конструкторских решений, позволяющих сократить и упростить этот контур.
К числу наиболее освоенных относятся водо-водяные реакторы. В них замедлителем нейтронов и теплоносителем является обыкновенная вода.
Водо-водяные реакторы представляют собой толстостенный цилиндрический стальной корпус, в котором устанавливается шахта с днищем (внутрикорпусное устройство); внутри шахты размещена активная зона. В активной зоне расположен набор тепловыделяющих кассет-сборок. Создаваемый циркуляционными насосами поток воды поступает в корпус через входные патрубки, проходит вниз по кольцевому зазору между корпусом и внутрикорпусными устройствами в нижний смесительный объем, затем через распределительную решетку - в активную зону. Из активной зоны вода поступает в верхнюю смесительную камеру и через выходные патрубки выходит из корпуса. Вода отводит выделяющуюся в активной зоне теплоту и передает ее в парогенераторах воде второго контура, которая превращается а пар.
Давление в первом контуре примерно 16 МПа; во втором контуре в парогенераторе вырабатывается насыщенный пар давлением примерно 6,4 МПа и температурой 278,50С. Для обеспечения максимальной безопасности установки все оборудование, содержащее активный теплоноситель под давлением, размешено в защитной оболочке.
Большие перспективы имеет использование атомной энергии в транспортных установках, особенно на океанских силовых установках, на крупных морских судах.
