Выбор начальных и конечных параметров термодинамического цикла

Август 9, 2022

Главная
Физика
Выбор начальных и конечных параметров термодинамического цикла

Содержание

2. Идеальный рабочий цикл Цикл Карно Цикл Ренкина 1 – 2 – адиабатическое расширение рабочего тела в
3. В основе оценки тепловой экономичности цикла лежит термодинамическая эффективность преобразования тепловой энергии, характеризуемая к.п.д. термодинамического цикла
4. Выбор начальных параметров рабочего цикла одноконтурных ЯЭУ с реакторами типа РБМК-1000 Характер зависимости к.п.д. цикла Ренкина
5. Анализ зависимости к.п.д. цикла Ренкина от начального давления насыщенного пара заметный рост к.п.д. наблюдается при повышении
6. Анализ зависимости к.п.д. цикла Ренкина от начального давления насыщенного пара (продолжение) технологическая схема блока с реактором
7. Выбор начальных параметров рабочего цикла двухконтурных ЯЭУ с реакторами типа ВВЭР-1000 Технологическая схема энергоблока с реактором
8. T-Q диаграмма парогенератора блока с реактором типа ВВЭР
9. Анализ T-Q диаграммы ПГ Температура кипения ТS(P0), а следовательно и давление рабочего тела зависит от температуры
10. Анализ T-Q диаграммы ПГ (продолжение) При повышении давления заметно снижаются критические тепловые потоки, а следовательно, и
11. Начальные параметры рабочего тела для блока с ВВЭР-1000 Δ TА.З G wтн ΔРА.З. Δ TА.З ТS(P2)
12. Начальные параметры рабочего тела на блоке с реактором на быстрых нейтронах Технологическая схема блока с реакторами,
13. T-Q диаграмма промежуточного теплообменника (а) и парогенератора (б)
14. Начальная температура пара Т0 зависит от температуры натрия второго контура на выходе из промежуточного теплообменника Т2ВЫХ
15. Температура острого пара может достигать значения ≈ 510 – 5150С. При такой температуре пара его давление
16. Выбор конечных параметров рабочего тела. Чем ниже конечное давление пара, тем большую работу он совершает в
17. Выбор конечных параметров рабочего тела (продолжение). При снижении давления пара происходит увеличение его удельного объема. Чтобы
19. Скачать презентацию

Слайд 2

Идеальный рабочий цикл
Цикл Карно
Цикл Ренкина
1 – 2 – адиабатическое расширение рабочего

тела в турбине; 2 – 3 –конденсация пара в конденсаторе; 3 – 4 – сжатие рабочего тела; 4-1 (4-5-1) – подвод тепла к рабочему телу (по изотерме – цикл Карно, по изобаре – цикл Ренкина) в ПГ или в реакторе.

К.п.д. цикла:

, l - полезная работа, q0 – подведенное в цикле тепло

Подвод тепла

Отвод тепла

Подвод тепла

Слайд 3

В основе оценки тепловой экономичности цикла лежит термодинамическая эффективность преобразования тепловой

энергии, характеризуемая к.п.д. термодинамического цикла – термическим к.п.д.
Термический к.п.д. зависит от многих факторов, в частности, от начальных и конечных параметров рабочего цикла.
Реализуемые в ЯЭУ термодинамические циклы и начальные параметры рабочего тела в значительной мере зависят от конструкции и типа реактора и от теплофизических свойств используемого теплоносителя. Более того, параметры теплоносителя и рабочего тела ЯЭУ тесно взаимосвязаны и влияют не только на к.п.д., но и на удельные капитальные затраты, надежность, безопасность и удобство эксплуатации.

Слайд 4

Выбор начальных параметров рабочего цикла одноконтурных ЯЭУ с реакторами типа РБМК-1000
Характер

зависимости к.п.д. цикла Ренкина на насыщенном паре от начального давления рабочего тела
(конечное давление не изменяется)

Слайд 5

Анализ зависимости к.п.д. цикла Ренкина от начального давления насыщенного пара
заметный рост

к.п.д. наблюдается при повышении начального давления пара до 7,0 – 7,5 МПа,
при давлении 12 – 13 МПа к.п.д. достигает максимума (видно, что максимум пологий),
при дальнейшем увеличении начального давления наблюдается уменьшение к.п.д. цикла,
с точки зрения тепловой эффективности, а также с учетом всех запасов (по предельной температуре оболочек твэлов, по запасу до кризиса теплообмена), начальное давление рабочего тела можно было бы выбрать в диапазоне 12 – 12,5 МПа,
при выборе начального давления пара необходимо также учитывать и экономический фактор.

Слайд 6

Анализ зависимости к.п.д. цикла Ренкина от начального давления насыщенного пара (продолжение)
технологическая

схема блока с реактором РБМК является одноконтурной,
начальные параметры рабочего тела фактически совпадают с параметрами теплоносителя,
при повышении давления с 7 – 7,5 МПа до 12 – 12,5 МПа прирост к.п.д. будет незначительным, а металлоемкость оборудования возрастёт, а значит и капитальные затраты тоже возрастут,
увеличение массы металла в активной зоне реактора приведет к увеличению поглощения нейтронов в конструкционных материалах, для компенсации этого эффекта необходимо использовать топливо повышенного обогащения, что дополнительно увеличивает эксплуатационные затраты,
с ростом давления уменьшается критический тепловой поток, следовательно надо уменьшать энергонапряженность активной зоны, а значит при фиксированной мощности реактора это приводит к росту размеров активной зоны,
с учётом всех этих факторов для одноконтурных АЭС с водяным теплоносителем начальное давление рабочего тела принимается равным Р0 ≈ 7 МПа, t = ts (P0).

Слайд 7

Выбор начальных параметров рабочего цикла двухконтурных ЯЭУ с реакторами типа ВВЭР-1000
Технологическая

схема энергоблока с реактором ВВЭР является двухконтурной
Выработка рабочего пара осуществляется в парогенераторе (ПГ) за счет передачи тепла от теплоносителя к рабочему телу
температура (и начальное давление) рабочего тела зависит от температуры теплоносителя

Слайд 8

T-Q диаграмма парогенератора блока с реактором типа ВВЭР

Слайд 9

Анализ T-Q диаграммы ПГ
Температура кипения ТS(P0), а следовательно и давление рабочего

тела зависит от температуры теплоносителя на выходе из парогенератора ТВЫХ,ПГ и минимального температурного напора δТmin.
ТВЫХ,ПГ будет зависеть от ΔТА.З. = ТВХ,ПГ - ТВЫХ,ПГ.
В реакторе ВВЭР обычно не допускают кипения теплоносителя, поэтому ТВХ,ПГ < ТS(P1), где Р1 – давление теплоносителя в первом контуре. Запас до кипения выбирается ≈ 20 -250С.
При выборе максимальной температуры теплоносителя необходимо также учитывать и ограничения по максимальной рабочей температуре оболочек твэлов, изготовленных из циркония.
Допустимая рабочая температура циркониевого сплава составляет порядка 3500С (при повышении температуры выше указанного значения заметно ухудшаются механические свойства циркониевого сплава).

Слайд 10

Анализ T-Q диаграммы ПГ (продолжение)
При повышении давления заметно снижаются критические тепловые

потоки, а следовательно, и допустимые удельные тепловыделения в активной зоне. Поэтому в настоящее время для реактора типа ВВЭР-1000 давление принято равным 16 МПа (температура насыщения при данном давлении равна ≈ 3470С). С учетом запаса до кипения температура теплоносителя на выходе из реактора составляет 320÷325 0С.
Подогрев ΔТА.З теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР-1000 – величина оптимизируемая.
Мощность реактора QР-Р можно записать следующим образом:
QР-Р = GТН * СР * ΔТА.З

Слайд 11

Начальные параметры рабочего тела для блока с ВВЭР-1000
Δ TА.З G wтн

ΔРА.З. Δ TА.З ТS(P2) ηt
Δ TА.З = 300C
QПГ = k* F*ΔTл
ΔTл = f(δТmin); δТmin ΔTл F
δТmin ТS(P2) ηt
δТmin = 10-150C
ТВХ = TS(P1) - ΔTзап; Тоб ≤ 3500С
ТВХ = 320-3250С
ТS(Р2) = 280-2750С, Р2 = 60-65 ата

Слайд 12

Начальные параметры рабочего тела на блоке с реактором на быстрых нейтронах
Технологическая

схема блока с реакторами, охлаждаемыми жидким натрием, трехконтурная.
Натрий сильно активируется при прохождении через активную зону.
Натрий химически агрессивен по отношению к воде и водяному пару.
Чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой и водяным паром вводится промежуточный контур, теплоносителем в котором является натрий, но только нерадиоактивный.

Слайд 13

T-Q диаграмма промежуточного теплообменника (а) и парогенератора (б)

Слайд 14

Начальная температура пара Т0 зависит от температуры натрия второго контура на

выходе из промежуточного теплообменника Т2ВЫХ и минимального температурного напора δТmin в пароперегревателе парогенератора.
Величина δТmin выбирается такой же как и в парогенераторе блока с реактором ВВЭР-1000, т.е. 10÷150С.
Температура Т2ВЫХ зависит от максимальной температуры натрия первого контура Т1ВХ и температурного напора в промежуточном теплообменнике δТПТО.
Максимальная температура натрия первого контура определяется допустимой рабочей температурой материала оболочки твэлов, изготавливаемых из нержавеющей стали (рабочая температура ≈ 6000С)
Температура Т1ВХ может достигать 550÷5700С, а при δТПТО= 25-350С Т2ВЫХ = 525÷5300С..

Слайд 15

Температура острого пара может достигать значения ≈ 510 – 5150С.
При

такой температуре пара его давление может быть выбрано в широком диапазоне значений, вплоть до сверхкритических величин.
Например, для блока с реактором БН-600 начальная температура пара выбрана равной 5050С при давлении 13,7 МПа (140 ата). Что касается давления теплоносителя в реакторе, то оно невелико, как правило, не превышает 1 МПа.

Слайд 16

Выбор конечных параметров рабочего тела.
Чем ниже конечное давление пара, тем большую

работу он совершает в турбине.
Добиваясь расширения пара в турбине до давления, ниже атмосферного, можно увеличить теплоперепад на 20-25%.
При снижении конечного давления пара возникает ряд проблем.
В процессе расширения пара в турбине его влажность непрерывно увеличивается и в конце процесса расширения достигает неприемлемо высоких значений.
Наличие влаги в потоке приводит к увеличению коррозионного и эрозионного износа лопаток, снижает внутренний к.п.д турбины.
Технически данная проблема решается путем сепарации пара в специальных сепарационных устройствах.

Слайд 17

Выбор конечных параметров рабочего тела (продолжение).
При снижении давления пара происходит увеличение

его удельного объема.
Чтобы скорость пара оставалась в пределах допустимых значений, необходимо увеличивать проходное сечение, т.е. увеличивать длину лопаток турбины.
Предельная длина лопаток ограничена прочностными характеристиками материала.
Чтобы длина лопаток не превышала предельных значений, необходимо исходный поток пара после цилиндра высокого давления разделять на несколько потоков, т.е. увеличивается общее число цилиндров турбины, увеличивается ее длина, а следовательно, металлоемкость стоимость.

Выбор начальных и конечных параметров термодинамического цикла

Содержание

Идеальный рабочий циклЦикл КарноЦикл Ренкина1 – 2 – адиабатическое расширение рабочего

В основе оценки тепловой экономичности цикла лежит термодинамическая эффективность преобразования тепловой

Выбор начальных параметров рабочего цикла одноконтурных ЯЭУ с реакторами типа РБМК-1000Характер

Анализ зависимости к.п.д. цикла Ренкина от начального давления насыщенного паразаметный рост

Анализ зависимости к.п.д. цикла Ренкина от начального давления насыщенного пара (продолжение)технологическая

Выбор начальных параметров рабочего цикла двухконтурных ЯЭУ с реакторами типа ВВЭР-1000Технологическая

T-Q диаграмма парогенератора блока с реактором типа ВВЭР

Анализ T-Q диаграммы ПГТемпература кипения ТS(P0), а следовательно и давление рабочего

Анализ T-Q диаграммы ПГ (продолжение)При повышении давления заметно снижаются критические тепловые

Начальные параметры рабочего тела для блока с ВВЭР-1000Δ TА.З G wтн

Начальные параметры рабочего тела на блоке с реактором на быстрых нейтронахТехнологическая