Article

16.3. АЭС с реактором БН-600

Серийные паровые турбины обычной теплоэнергетики как высокого, так и сверхвысокого давления рассчитаны на начальный и промежуточный перегревы пара. Реакторы с натриевым теплоносителем предоставляют возможность использования таких турбин, которая реализована на третьем блоке Белоярской АЭС, работающем с 1980 г. с реактором БН-600. Основные характеристики этого блока приведены выше. Сопоставление этих данных с характеристиками БН-350 показывает, что БН-600 является дальнейшим развитием реактора с натриевым охлаждением не только по мощности (600 МВт), но, главное, по температуре натрия после реактора и после

промежуточного натриевого теплообменника, что позволило существенно повысить температуру перегретого пара.

Рис. 16.3. Баковая (интегральная) компоновка реактора БН-600:
Рис. 16.3. Баковая (интегральная) компоновка реактора БН-600:

1 — опорный пояс; 2 — корпус; 3 — насос; 4 — электродвигатель; 5 — поворотные пробки; 6 — верхняя неподвижная защита; 7 — теплообменник; 8 — центральная колонна с механизмами СУЗ; 9 — механизм перегрузки

На рис. 16.3 представлена компоновка реактора БН-600, которая принята интегральной, бакового типа. Активная зона, насосы, промежуточные теплообменники и биологическая защита размещены совместно в корпусе реактора. Теплоноситель первого корпуса движется внутри корпуса реактора по трем параллельным петлям, каждая из которых включает в себя два теплообменника 7 и циркуляционный центробежный насос погружного типа с двусторонним всасыванием. Насосы 3 снабжены обратными клапанами. Циркуляция натрия в каждой петле промежуточного контура осуществляется центробежным насосом погружного типа с односторонним всасыванием. Активная зона и зона воспроизводства смонтированы

Рис. 16.4. <em>h, s</em> — диаграмма турбины К-200-130 для условий работы третьего блока БАЭС
Рис. 16.4. h, s — диаграмма турбины К-200-130 для условий работы третьего блока БАЭС

в напорной камере, где расход теплоносителя распределяется по топливным сборкам соответственно их тепловыделению. Активная зона по торцам и периметру окружена экранами — зоной воспроизводства, состоящей из сборок, заполненных двуокисью обедненного урана.

Корпус 2 реактора представляет собой бак цилиндрической формы с эллиптическим днищем и конической верхней частью. Корпус через опорный пояс установлен на катковые опоры фундамента. Внутри корпуса помещена металлоконструкция коробчатого типа — опорный пояс 1, на котором укреплена напорная камера с активной зоной, зоной воспроизводства и хранилищем, а также внутрикорпусная биологическая защита. Три насоса первого контура и шесть промежуточных теплообменников смонтированы в цилиндрических стаканах на опорном поясе. В верхней части корпус имеет соответственно шесть отверстий для установки теплообменников и три отверстия — для насосов. Компенсация разности температурных перемещений между стаканами теплообменников и насосов, а также между корпусом и страховочным кожухом обеспечивается сильфонными компенсаторами. Стенки бака имеют принудительное охлаждение "холодным" натрием из напорной камеры. Биологическая защита состоит из цилиндрических стальных экранов, стальных болванок и труб с графитовым заполнителем. Бак реактора заключен в страховочный кожух. Верхняя часть кожуха служит опорой для поворотной пробки 5 и поворотной колонны, обеспечивающих наведение механизма перегрузки 9 на топливную сборку. Одновременно поворотная пробка и поворотная колонна служит биологической защитой.

Топливные сборки загружают и выгружают комплексом механизмов, куда входят: два механизма перегрузки, установленные на поворотной колонне; два элеватора (загрузки и выгрузки); механизм передачи поворотного типа, размещенный в герметичном боксе.

Для АЭС с БН-600 применены серийные турбины мощностью по 200 МВт с давлением пара перед турбиной 13 МПа. Однако присущие этой турбине температуры перегрева пара перед турбиной и промежуточная 540 ℃ не могли быть достигнуты из-за недостаточной температуры натрия после промежуточного теплообменника (520 ℃). В связи с этим для турбин установки БН-600 и начальный и промежуточный перегрев пара составляет 505 ℃. Соответствующий процесс в h, s-диаграмме приведен на рис. 16.4. Сравнение этого рисунка с рис. 3.9 для турбины насыщенного пара среднего давления наглядно свидетельствует о преимуществах турбины перегретого пара (в условиях независимого выбора давления пара), которые связаны с большим суммарным теплоперепадом (табл. 16.1) в турбине (меньшими расходами пара) и соответственно более высоким тепловым КПД — для АЭС с БН-600 он составляет 40%.

Таблица 16.1. Теплоперепад в турбинах перегретого вара высокого давления
и насыщенного пара среднего давления, энтальпия, кДж/кг

В табл. 16.1 суммарные теплоперепады в сопоставляемых турбинах различаются в 1,6 раза. Соответственно в 1,6 раза будут отличаться расходы пара и расходы охлаждающей воды конденсаторов, что также является преимуществом турбин перегретого пара.

Для жидкометаллического теплоносителя необходимость остановов и пусков установки должна быть сведена к минимуму. В связи с этим конструкция парогенератора для высокого, но докритического давления целесообразна барабанного типа с многократной циркуляцией. Это позволило бы при надлежащей организации водного режима и установке 100%-ной очистки турбинного конденсата исключить химические эксплуатационные очистки парогенератора для удаления внутренних отложений. Эксплуатация блока БН-600 с прямоточными парогенераторами докритического давления подтверждает ошибочность выбора прямоточного парогенератора.

Для турбины К-200-130 тепловая схема установки представлена на рис. 16.5, а компоновка блока БН-600 приведена на рис. 16.6.

Дальнейшее развитие АЭС с реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем предполагает рост выходной температуры теплоносителя для повышения температуры перегрева и соответственно тепловой экономичности блоков, предполагается и увеличение их единичной мощности. Кроме того, рассматриваются варианты осуществления промежуточного перегрева пара. Для БН-600 он осуществлен в пределах парогенератора до температуры свежего пара по аналогии с обычными ТЭС. Это, в частности, позволило применить серийные паровые турбины перегретого пара. Однако опыт эксплуатации показал, что при этом осложняются режимы останова и особенно пуска установки, Когда могут возникнуть тепловые удары при поступлении "холодного" пара из ЦВД в промежуточный пароперегреватель. На рис. 16.7а, б, в для энергоблоков с реакторами БН представлены варианты выполнения промежуточного перегрева пара, повышающие надежность работы, но при этом температура перегрева перед ЦСД будет ниже температуры свежего пара, обычно применяемой для серийных блоков. Это потребует некоторых изменений в конструкции ЦСД (а возможно, и ЦНД) в сравнении с серийными машинами.

Дальнейшим развитием блоков БН высокого давления стал блок БН-800. К сожалению, и для него был принят вариант прямоточного парогенератора, то есть периодически парогенераторы должны останавливаться на химические очистки. Но известно, что блоки с жидкометаллическим теплоносителем самые дорогие и потому их следует использовать возможно большее число часов в году.

Блок БН-800 будет установлен на Белоярской АЭС (4-й блок), так как в эксплуатации целесообразно иметь на станции однотипное оборудование.

Рис. 16.5. Принципиальная тепловая схема паротурбинной установки третьего блока БАЭС:
Рис. 16.5. Принципиальная тепловая схема паротурбинной установки третьего блока БАЭС:

1 — ЦВД; 2 — ЦСД; 3 — ЦНД; 4 — конденсатор; 5 — конденсатный насос первого подъема; 6 — конденсатоочистка; 7 — конденсатный насос второго подъема; 8 — ПНД; 9 — дренажный насос; 10 — деаэраор; 11 — питательный насос; 12 — ПВД

Рис. 16.6. Компоновка главного корпуса АЭС с реактором БН-600 (продольный разрез)
Рис. 16.6. Компоновка главного корпуса АЭС с реактором БН-600 (продольный разрез)

Рис. 16.7. Варианты осуществления промежуточного перегрева пара для энергоблоков с реактором БН:
Рис. 16.7. Варианты осуществления промежуточного перегрева пара для энергоблоков с реактором БН:

а — до температуры свежего пара, натриевый; б, в — ниже температуры свежего пара (б — натриевый, в — паровой)