Выбор начальных и конечных параметров цикла.

Как уже отмечалось в § 3.1, увеличение η_t цикла возможно за счет увеличения начальных ( р ₀, t₀ ) и снижения конечных ( р _к , t_к) параметров, в обоих случаях полезно использованная теплота в цикле возрастает. Зависимость η_t цикла от р₀ для насыщенного пара неоднозначна (кривая I, рис. 3.2).

Максимальное значение η_t достигается при давлениях 14-15МПа, в дальнешем с ростом начального давления оно падает. Это связано со свойствами пара на линии насыщения: начиная с давления 14-16 МПа начальная энтальпия насыщенного пара снижается и при одних и тех же конечных параметрах пара сработанный теплоперепад в турбине уменьшится.

Наиболее интенсивно η_t растет до давлений 10 МПа. Так, из рис. 3.2 видно, что при росте р₀ от 5 до 10 МПа η_t увеличивается примерно на 3,5%, а с 10 до 12,5 МПа на 0,6%. С точки зрения теп­ловой экономичности следует выбирать такие значения р₀ при кото­рых η_t является максимальным. Однако увеличение давления вызывает определенные трудности в создании и эксплуатации оборудования. Поэтому на высокие р₀ следует идти при таком выигрыше в тепловой экономичности, при котором будут значительно перекрыты затраты на создание оборудования.

Так, с точки зрения высокого η_t следует применить давление от 10 до 15 МПа, однако при расширении пара в турбине для обеспечения допустимой влажности потребуется многократная сепарация с промперегревом пара, что значительно усложнит турбоустановку. Есть и другие причины ограничения давления насыщенного пара перед турбиной.

Так, для РБМК рабочее давление в каналах реактора выбрано 7 МПа, у турбины р₀ равно 6,5 МПа. При этом давлении достаточно однократной сепарации и промежуточного перегрева пара. Цирконие­вые сплавы, применяемые для изготовления технологических каналов и оболочек тепловыделяющих элементов, могут работать в пароводя­ной смеси до температуры 350°С и позволяют использовать давление около 10 МПа. Однако в РБМК с графитовым замедлителем технологи­ческий канал работает под перепадом давления. Чем выше рабочее давление теплоносителя в реакторе, тем больше толщина стенки тех­нологического канала, тем больше поглощение нейтронов, тем хуже баланс нейтронов. Можно было бы технологические каналы реактора изготавливать из аустенитных нержавеющих сталей, используя более тонкостенные трубы, но тогда баланс нейтронов ухудшился бы за счет большего поглощения нейтронов в нержавеющей стали и пришлось бы идти на большее обогащение топлива. Обогащение топлива резко уве­личивает его стоимость.

Для АЭС с реактором ВВЭР-1000 давление теплоносителя принято 16 МПа - это то предельное давление, на которое в настоящее вре­мя можно изготовить транспортабельный (по железной дороге) корпус реактора. В ВВЭР происходит недогрев воды до температуры насыщения, и для ВВЭР-1000 температура теплоносителя на выходе из реактора составляет 322-325°С. В парогенераторе вода охлаждается на 25-30°С и после парогенератора достигает 295-297°С . При перепаде темпера­тур в парогенераторе между теплоносителем и рабочим телом 10°С температура вырабатываемого в парогенераторе насыщенного пара сос­тавит 280-282°С, что соответствует давлению 6,5 МПа.

Для АЭС с ВВЭР-440 при давлении в первом контуре 12,5 Мпа температура теплоносителя на выходе из реактора принимается 300-301°С и при охлаждении его в парогенераторе на 30-33°С после парогенератора составит около 270°С. При перепаде температур меж­ду теплоносителем и рабочим телом 10°С температура вырабатываемого в парогенераторе насыщенного пара составит 260°С, что соответ­ствует давлению насыщения 4,7 МПа. Соответственно, давление насы­щенного пара перед турбиной равно 4,4 МПа.

Таким образом, на АЭС с водным теплоносителем параметры све­жего пара, идущего на турбину, являются относительно низкими.

В отличие от АЭС ТЭС работают с использованием перегретого пара высоких давлений, вплоть до закритических. Следовательно, при одном и том же давлении пара в конденсаторе использованный теплоперепад 1кг пара в турбинах на АЭС будет существенно меньше, а следовательно, расход пара в 1,5-1,7 раза больше по сравнению с ТЭС. Это отражается на размерах турбины и ее вспомогательного оборудования.

Применение перегрева пара существенно повышает η_t цикла, о чем свидетельствуют кривые 2-4 на рис. 3.2. Начальный перегрев пара на АЭС с водным теплоносителем затруднен. Значительный началь­ный перегрев пара возможен только на АЭС с канальными реакторами за счет ядерного перегрева, как это было сделано на первом и вто­ром блоках Белоярской АЭС.

На ТЭС наряду с первоначальным перегревом применяется и проме­жуточный перегрев пара, причем температура начального и промежу­точного перегрева одинакова. Для АЭС с начальным ядерным перегре­вом пара промежуточный ядерный перегрев не применяется из-за невоз­можности его осуществления. Для таких АЭС параметры свежего пара (давление и температура перегрева) должны быть такими, чтобы в пос­ледней ступени турбины не достигалась допустимая влажность. Такие параметры пара называются сопряженными.

Рис. 3.3 – Изменение термического КПД паротурбинной установки в зависимости от вакуума ( при неизменных начальных параметрах )