CC BY
91
Построение t-q-диаграммы теплообменников газоохлаждаемого реактора
12 3
Сулейменов Н. А. , Витюк В. А. , Котов В. М.
1 Сулейменов Нурболат Айдынович /Suleimenov Nurbolat Aidynovich - магистрант,
Государственный университет имени Шакарима, г. Семей;
2Витюк Владимир Анатольевич / Vitjuk Vladimir Anatol'evich - кандидат физико-математических наук, начальник
лаборатории 222, ИАЭ РГП НЯЦ РК;
3Котов Владимир Михайлович /Kotov Vladimir Mihajlovich - начальник отдела 220,
ИАЭ РГП НЯЦ РК, г. Курчатов
Аннотация: в статье рассмотрен газоохлаждаемый канальный реактор в цикле Ренкина. Выполнен расчет тепловой схемы реактора. На основе результатов построена T-Q-диаграмма теплообменников. Abstract: this article describes the gas-cooled channel reactor based on the Rankine cycle. Calculation of reactor thermal circuit was performed. The T-Q-diagram was designed according to the obtained results.
Ключевые слова: T-Q-диаграмма, газоохлаждаемый реактор, теплообменный аппарат.
Keywords: T-Q-diagram, gas-cooled reactor, heat exchanger.
Введение
Обязательной составляющей АЭС являются теплообменные аппараты - устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного тела к другому. Теплообменные аппараты, такие как конденсаторы, испарители, охладители, экономайзеры, широко используются во многих отраслях промышленности. [1, с. 205].
При проектировании теплообменных аппаратов T-Q-диаграмма может послужить полезным инструментом, использующимся для наглядного представления процессов теплопередачи.
1. Объект, цель и задачи работы
Рассматриваемым объектом является газоохлаждаемый реактор в цикле Ренкина с тепловой мощностью 2200 МВт (Рис. 1). В [2, 3, 4] описаны возможности и сопряжение газоохлаждаемого реактора с водным замедлителем, показана возможность достижения термодинамического КПД около 46 %, что достигается за счет использования хорошо отработанных стержневых твэлов и энергии замедления нейтронов, высокого давления пара в цикле Ренкина и тройного перегрева пара, что положительно влияет на сухость производимого пара.
1 - подогреватель, 2 - парогенератор, 3 - пароперегреватели
Рис. 1. Схема газоохлаждаемого реактора
В качестве теплоносителя используется водород. Для передачи тепловой энергии используются 6 теплообменников (Рис. 1) [5, с. 6-7] кожухотрубного типа - подогреватель, парогенератор, состоящий из экономайзера и испарителя, и 3 пароперегревателя. В подогревателе происходит предварительный подогрев питательной воды за счет утечки тепловой энергии в замедлитель, которая может составлять до 15 % от всей мощности реактора. В экономайзере происходит нагрев питательной воды до температуры насыщения, а в испарителе - превращение воды в пар. В пароперегревателях осуществляется последовательный перегрев пара до 500 оС.
Цель работы: построение T-Q-диаграммы теплообменных аппаратов.
Задачи работы:
- расчет тепловой схемы газоохлаждаемого реактора;
- определение расходов теплоносителей;
- определение температуры входа и выхода теплоносителей.
2. Расчет тепловой схемы и построение T-Q-диаграммы
Исходные данные и характеристики теплообменников приведены в таблице 1.
Таблица 1. Исходные данные
Подогреватель Парогенератор Пароперегреватели
1 2 3
Мощность Q, МВт 325,6 910,8 448,8 297 217,8
Греющая среда (1) Вода Водород
Нагреваемая среда (2) Вода Водяной пар
Pi, МПа 2,5 6
P2, МПа 1 20 5 1,5
Ть оС
на входе 182 174 365,8 288,5 315,3
выходе, 170 366 500 500 500
Ть оС
на входе 33
выходе 174
Тепловая нагрузка теплообменника равна:
Q = G • М = G • ' Л (1)
где: - Q - мощность теплообменника, МВт;
GI, G2 - расход греющего и нагреваемого теплоносителей, МВт;
Aij, Д2 - разность энтальпии на входе и выходе греющего и нагреваемого теплоносителей, МВт; П = (0,97 ^ 0,99) - КПД теплообменника.
Из уравнения (1) определим расходы и температуру теплоносителей и внесем в таблицу 2.
Таблица 2. Результаты расчета
Реак-тор Пароперегреватели Испари- тель Экономай- зер Подогрева- тель
1 2 3
Т оС -Lвх, С 298,8 545,9 419 376,7 182
Т оС 545,9 419 376,7 298,8 170
G1, кг/с 513,3 239,1 158,2 116 513,1 513,1 6190
G2, кг/с 530,7 532,4 531,5 534 534 534
W, МВт 2200 448,8 297 217,8 312,5 582,3 325,6
На основании полученных данных построим T-Q-диаграмму реактора (Рис. 2) - график, показывающий зависимости температур греющего и нагреваемого теплоносителя от количества переданной теплоты. Питательная вода с температурой 33 оС (точка 1") подогревается в первом теплообменнике энергией замедления нейтронов. На этом участке довольно большой температурный напор - 45 оС, что повлияло на уменьшение площади теплообмена. Из подогревателя питательная вода направляется в экономайзерный участок, где нагревается до температуры насыщения (точка 3") и затем в испарительной части парогенератора превращается в пар. При давлении рабочего тела в 20 МПа теплота парообразования составляет 585 кДж/кг, что позволяет уменьшить мощность испарительного участка. Перегретый в пароперегревателях пар имеет выходную температуру около 500 оС (точки 5", 7", 9"). Отработанный пар имеет высокую сухость (на уровне 0,93) [3, с. 20].
I - подогреватель, II - экономайзер, III - испаритель, IV, V и VI - соответственно 1, 2 и 3 пароперегреватели
Рис 2. T-Q-диаграмма газоохлаждаемого реактора
Выводы
Анализируя результаты расчетов, можно сделать следующие выводы:
- предложенная схема включения теплообменников в цикл Ренкина позволяет получить пар с температурой на выходе около 500 оС;
- для достижения такого результата требуется температура теплоносителя (водорода) на выходе из реактора около 550 оС;
- для нагрева питательной воды газовым теплоносителем требуется большая мощность экономайзерного участка, что обусловлено худшими теплофизическими характеристиками используемого теплоносителя;
- давление рабочего тела на уровне 20 МПа позволяет затратить меньше тепловой энергии на парообразование.
Литература
1. Ядерные энергетические установки: Учеб. пособие для вузов. / Ганчев Б. Г., Калишевский Л. Л., Демешев Р. С и др.; Под общ. ред. Н. А. Доллежаля. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 629 с: ил.
2. Котов В. М., Витюк Г. А., Иркимбеков Р. А., Мухаметжарова Р. А. Сопряжение тяжеловодного газоохлаждаемого реактора с циклом Ренкина. // Тезисы VIII междунар. конф. «Ядерная и радиационная физика, Алматы, 20-23 сент. 2011 г.», Алматы, ИЯФ НЯЦ РК, 2011.
3. Возможности газоохлаждаемых реакторов с водным замедлителем. / В. М. Котов, Г. А. Витюк, А. С. Сураев. // Вестник НЯЦ РК. - 2012. - № 4 (52).
4. Возможности газоохлаждаемых реакторов с водяным замедлителем. / В. М. Котов, Г. А. Витюк, А. С. Сураев. // Атомная энергия. - 2014. - № 1 (116).
