Тепловой расчет ВВЭР-440. теловой расчет ввэр-440. 1. Исходные данные 2 Принципиальная тепловая схема аэс 4

• Название: 1. Исходные данные 2 Принципиальная тепловая схема аэс 4
• Анкор: Тепловой расчет ВВЭР-440
• Дата: 12.11.2021
• Размер: 1.49 Mb.
• Имя файла: теловой расчет ввэр-440.docx
• Тип: Реферат; #270517

Содержание

Введение 1

1.Исходные данные 2

2.Принципиальная тепловая схема АЭС 4

3.Расчет внешних узлов и определение параметров рабочего тела и греющего пара в элементах тепловой схемы 7

3.1. Отопительная установка 7

3.2. Материальный баланс турбоустановки 7

3.3. Расход пара протечек и уплотнений турбины 8

3.4. Определение напоров конденсатно-питательного тракта 8

3.5. Параметры сред регенеративного подогрева 10

4.Элементы тепловой схемы 12

5.Расчет расхода пара на турбоустановку. 19

6.Определение показателей тепловой экономичности машинного зала. 22

6.1. Определение электроэнергии на привод насосов конденсатно-питательного тракта. 22

6.2. Расход электроэнергии на дренажные насосы конденсата греющего пара. 23

7.Определение показателей тепловой экономичности АЭС. 24

Введение

ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор) — водо-водяной корпусной энергетический ядерный реактор с водой под давлением, представитель одной из наиболее удачных ветвей развития ядерных энергетических установок, получивших широкое распространение в мире.

ВВЭР был разработан в СССР одновременно с реактором РБМК и обязан своим происхождением одной из рассматривающихся в то время реакторных установок для атомных подводных лодок. Идея реактора была предложена в Курчатовском институте С. М. Фейнбергом. Работы над проектом начались в 1954 году, в 1955 году ОКБ «Гидропресс» приступило к его разработке. Научное руководство осуществляли И. В. Курчатов и А. П. Александров.

Первый головной блок с реактором ВВЭР-210 мощностью 210 МВт в СССР был пущен в 1964 г. на Нововоронежской АЭС, в 1967 г. на той же АЭС был введен в эксплуатацию блок с ВВЭР-365, а в 70-е годы - блоки с ВВЭР-440, ставшим серийным реактором для АЭС электрической мощностью блока 440 МВт.

Широкое использование водо-водяных реакторов в ядерной энергетике объясняется рядом причин. К ним, прежде всего, следует отнести то, что вода оказалась наиболее подходящим материалом для ядерных реакторов в качестве замедлителя и теплоносителя. Она недефицитна и весьма доступна, используется в различных отраслях техники и поэтому ее свойства хорошо изучены. Как замедлитель вода имеет наивысшую замедляющую способность, в связи, с чем может быть получена большая мощность с единицы объёма. Водо-водяные реакторы обладают высокой устойчивостью и саморегулируемостью благодаря отрицательному температурному коэффициенту реактивности.

Несмотря на указанные преимущества воды, использование ее в ядерных реакторах сопряжено и с рядом трудностей. Сравнительно высокое поглощение нейтронов водой отрицательно сказывается на балансе нейтронов в активной зоне и предопределяет применение только высокообогащенного урана, вследствие чего коэффициент воспроизводства в водо-водяных реакторах невысок. Сравнительно высокая коррозионная активность воды с конструкционными материалами требует специальной и дорогостоящей системы водоподготовки, что заметно сказывается на эксплуатационных затратах. Для получения приемлемой температуры необходимо высокое давление. В связи с ограничением температурного уровня характерен цикл с насыщенным паром. Все это необходимо учитывать при сооружении водо-водяных реакторов.

1.Исходные данные

Разработать проект АЭС с энергоблоком мощностью 440 МВт. Паропроизводительная установка двухконтурная, с водо-водяным реактором под давлением, с промежуточным перегревом пара.

Исходные данные:

• 
  реактор: АЭС N_эл=440 МВт;
  
• 
  турбина: К-220-44. (2шт.);
  
• 
  давление острого пара: Р₀=4,9 Мпа;
  
• 
  сухость острого пара: Х₀=1;
  
• 
  температура питательной воды: Т_пв⁼220 °С;
  
• 
  температура промперегрева: Т_пп=241°С;
  
• 
  давление в деаэраторе: Р_д=0,59 Мпа;
  
• 
  давление в конденсаторе: Р_к=0,004 Мпа;
  
• 
  отопительная установка: Q_тс⁼ 90 МВт.
  

2.Принципиальная тепловая схема АЭС

Рассмотрев исходные данные и применяемые схемы турбоустановок для АЭС с реакторами типа ВВЭР, видим, что по параметрам энергоблок данной АЭС близок к энергоблоку ВВЭР-440 с турбоустановкой К-220-44. В связи с этим в качестве расчетной тепловой схемы примем стандартную тепловую схему с турбоустановкой К-220-44.

АЭС с ВВЭР - 440 работает по 2-х контурной схеме передачи тепла от топлива к рабочему телу. На АЭС устанавливается 2 турбины К-220-44, имеющая один ци­линдр среднего давления (ЦСД) и два двухпоточных цилиндра низкого давления (ЦНД). На схеме показываем одну турбину и только один поток ЦНД.

Между ЦСД и ЦНД установлен сепаратор и двухступенчатый промпароперегреватель, вторая ступень питается свежим паром.

Турбинная установка имеет пять отборов из ЦСД и три отбора из ЦНД, всего восемь отборов. Пар из трех первых отборов ЦСД направляется на подогреватели высокого давления (ПВД), первую ступень промпароперегревателя и деаэратор, выпар деаэратора в качестве рабочей среды поступает в эжекторы - основной и уплот­нений, а также на уплотнения вала турбины. Пар четвертого - пятого отбора ЦСД и от трех отборов ЦНД поступает на подогреватели низкого давления (ПНД) и подог­реватели сетевой воды.

Всего схемой регенерации предусмотрено три ПВД, пять ПНД и один деаэратор

Конденсат греющего пара ПВД каскадно сливается в деаэратор, конденсат греющего пара ПНД двумя дренажными насосами перекачивается в основной поток, а именно: из ПНД-5 каскадно сливается в ПНД-4, откуда откачивается дренажным насосом ДН-2, из ПНД -3 конденсат каскадно сливается в ПНД-2, откуда откачива­ется дренажным насосом ДН-1, конденсат из ПНД-1 каскадно сливается в конденса­тор. Конденсат из сетевых подогревателей и эжекторов каскадно сливается также в конденсатор.

Конденсат из конденсатора турбины откачивается конденсатными насосами первой ступени (КН-1), после чего проходит 100% очистку и конденсатными насо­сами второй ступени (КН-2) через охладители эжекторов подается в регенеративную схему.

Очищенная вода для подпитки системы подается в конденсатор турбины.

Построение процесса работы пара в турбине с использованием h-s диаграммы

По заданным параметрам пара Р₀=4,9 МПа и Х_о=1 находим точку О соответст­вующую состоянию пара перед паровпускными клапанами. Потеря давления в паро­впускных клапанах составляет 3-5%, тогда давление на входе в ЦСД составит МПа. Строим точку О'. По данным значений параметров в отборах стан­дартной турбины К-220-44, строим процесс расширения пара в ЦСД до давления на выходе из цилиндра (давление пятого отбора равно 0,3 МПа). Процесс сепарации и перегрева пара в СПП происходит при постоянном давлении, поэтому по изобаре соответствующей давлению в пятом отборе, откладываем процесс в СПП до точки Д - точки пересечения изобары с заданной температурой после промперегрева t_пп=241°С. Принимаем степень сухости после сепаратора Х=0,99 и откладываем точку А, со­ответствующую состоянию пара после сепаратора. Далее строим точку В, соответст­вующую состоянию пара после первой ступени перегрева, исходя из недогрева рабо­чего пара второго отбора на 25°С. Давление Р_д в точке Д соответствует давлению перед ЦНД, с учетом потерь давления в СПП:

. По данным значений параметров в отборах стандартной турбины К-220-44 строим процесс расширения пара в ЦНД до давления на выходе из цилиндра .



Рисунок 1 – i-S диаграмма для турбины насыщенного пара К-220-44

Таблица 1 – Параметры отбора пара

Отбор	Давление в отборе	Степень сухости пара
1	2,7	0,964
2	1,883	0,939
3	1,275	0,918
4	0,52	0,883
5	0,3	0,869
6	0,133	t=168
7	0,059	t=98
8	0,023	0,974

3.Расчет внешних узлов и определение параметров рабочего тела и греющего пара в элементах тепловой схемы

3.1. Отопительная установка

Мощность отопительной установки: Q_TC=90 МВт. Примем температурный график подогрева сетевой воды: 130/70°С. Расход сетевой воды на подогреватели, D_св находится по формуле (3.1):



где с_в – удельная теплоемкость воды, кДж/кг∙°С

t_вых – температура на выходе из отопительной установки, °С;

t_вх – температура на входе в отопительную установку, °С.

.

В соответствии с обозначениями схемы (рис.1) рассмотрим уравнение теплового баланса для пикового и основного бойлеров бойлера:





Коэффициент =0.99 учитывает потери тепла в окружающую среду.

3.2. Материальный баланс турбоустановки

Принимаем потери пара и конденсата: и условно относим их к линии острого пара. В этом случае паропроизводительность парогенератора должна составлять:



Расход добавочной воды:



Расход на продувку парогенератора принимаем:



Продувочная вода после очистки на ионообменных фильтрах вновь поступает в ПГ. В этом случае в ПГ поступает следующее количество питательной воды:

D_ПВ = D_ПГ + D_ПР = D₀ + D_ПОТ + D_ПР =1,012 D₀

3.3. Расход пара протечек и уплотнений турбины

Принимаем стандартную схему уплотнений для турбины К-220-44. Расходы пара на уплотнение вала турбины, штоков регулирующего и стопорного клапанов, на эжекторы берем по проектным данным турбоустановки.

3.4. Определение напоров конденсатно-питательного тракта

Напор питательного насоса:

,

где Р₀- начальное давление пара;

Р_пар - потери давления в паровпускных органах 0,05Р₀;

Р_ПГ - потери давления в парогенераторе, принимаем Р_ПГ=0,3 Мпа;

Р_ПВД - потери давления в подогревателе высокого давления, принимаем Р_ПВД=0,5 Мпа;

Р_пит - потери давления в питательных трубопроводах Р_пит=0,2 МПа;

Р_ркп - падение давления на регулирующем клапане питания парогенератора Р_ркп=1 МПа;

Р_геод - геодезический подпор (на практике равен Р_геод=0,2 МПа);

Р_Д - давление в деаэраторе.





Повышение энтальпии воды в питательном насосе:

,

где V_нас - удельный объём воды по давлению в деаэраторе;

_нас - КПД насоса, составляет _нас=0,83



Дифференциальный напор конденсатных насосов:

,

где Р_ПНД – потери давления в подогревателе низкого давления Р_ПНД=0,1МПа;

Р_ОД – потери давления в охладителе дренажа Р_ОД=0,05 МПа;

Р_эж – потери давления в эжекторах Р_эж=0,07 МПа;

Р_ОГ – падение давления в охладителе генератора Р_ОГ=0,2 МПа;

Р_БОУ – падение давления в БОУ Р_БОУ=0,2 МПа;

Р_рку – падение давления на регулирующем клапане уровня конденсата Р_рку =0,2 МПа;

Р_тр – гидравлическое сопротивление конденсатопровода Р_тр=0,1МПа;

Р_геод – геодезический перепад.





Принимаем напор в конденсатных насосах:

первой ступени:



второй ступени:



Повышение энтальпии в конденсатных насосах:

первой ступени:



второй ступени:

3.5. Параметры сред регенеративного подогрева

Для удобства дальнейших расчетов целесообразно представить известные параметры рабочего тела и греющей среды в табличной форме, используя при этом исходные данные, процесс расширения пара в турбине в i-S диаграмме и предыдущие расчеты.

При определении давления греющего пара будем учитывать гидравлические сопротивления тракта, давление воды в подогревателях определяют по напору питательных и конденсатных насосов с учетом принятых ранее гидравлических потерь

Температуру нагреваемого конденсата или питательной воды на выходе из подогревателей определяют по температуре насыщения в подогревателе и принятым значениям температуры напора:

,

где t_S – температура насыщения при давлении в подогревателе, ⁰С;

t – недогрев обогреваемой среды до t_S, ⁰С.

Температура конденсата греющего пара на выходе из подогревателей, не имеющих охладителей дренажа, принимается равной температуре насыщения.

Если в системе есть охладитель дренажа, то его температура определяется:

t_др=t_iпред+t+t,

где t_iпред – температура обогреваемой среды на выходе из предыдущего подогревателя, ⁰С;

t – температурный напор на холодном конце охладителя дренажа;

t – подогрев обогреваемой среды в элементах тепловой схемы, включенных между данным и предыдущим подогревателями.

Указанные величины принимаем равными:

• 
  для подогревателя высокого давления t=5 ⁰С;
  
• 
  для подогревателей низкого давления t=3 ⁰С;
  
• 
  для охладителя дренажа t=4 ⁰С;
  
• 
  подогрев конденсата в эжекторах уплотнения и основном эжекторе t=3 ⁰С;
  
• 
  подогрев конденсата после ПНД-4 t=12 ⁰С.
  

4.Элементы тепловой схемы

Сепаратор





ПП-1

Уравнение теплового баланса для ПП-1:





Решая уравнение, получим:





ПП-2





Итог:



П8(ПВД-3)

Уравнение теплового баланса:





Решая уравнение, получаем:





П7(ПВД-2)

Уравнение теплового баланса:





Решая уравнение, получаем:





П6(ПВД-1)

Уравнение теплового баланса:





Решая уравнение, получим:





П3(ПНД-3)

Уравнение теплового баланса:



где:

Решая уравнение, получим:



Итог:



П2(ПНД-2)

Уравнение теплового баланса:



где:



Решая уравнение, получим:





П1(ПНД-1)

Уравнение теплового баланса:



где:



Решая уравнение, получим:





П5(ПНД-5)

Уравнение теплового баланса:





Решая уравнение, получим:





П4(ПНД-4)

Уравнение теплового баланса:





Решая уравнение, получим:





Из совместного решения уравнений П4 и П5 получаем:





Деаэратор



Для деаэратора составим два уравнения, теплового и материального баланса.

1.

Подставляем ранее полученные значения:



Подставляем уравнение П6, получаем:





2.

Теперь, имея значения , получаем значение потоков с переменной :

5.Расчет расхода пара на турбоустановку.

Величину расхода пара на турбоустановку можно определить по внутренней мощности турбины, то есть из энергетического баланса турбины.Внутренняя мощность турбины:

,

где _мех – механический КПД, _мех=0,97-0,98,

_ген – КПД генератора, _ген=0,97-0,99,



Для удобства расчета величины потоков пара по ступеням, используемые теплоперепады представим в виде таблицы 5.1. Вспомогательные и используемые теплоперепады на ступени турбины определяем по процессу теплового расширения в i-S диаграмме.

Таблица 5.1.

Результаты расчета.

№	Расход пара через отсек, кг/с	Использу- емый теплоперепад, кДж/кг	Внутренняя мощность, DiHi,кВт

Отсюда:



Теперь, зная расход на турбоустановку, можно определить расходы воды и пара на отдельные элементы тепловой схемы турбоустановки. Результаты расчетов представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2.

Результаты расчетов и вычислений.

№	Наименование расхода	Расход, обозначение	Расход, кг/с величина
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23	Пар Паропроизводительность парогенератора На турбоустановку После сепаратора Отбор на 1 ступень пароперегревателя Отбор на 1 ступень пароперегревателя Отбор №1 Отбор №2 Отбор №3 Отбор №4 Отбор №5 Отбор №6 Отбор №7 Отбор №8 Отбор на деаэратор Отбор на пиковый бойлер Отбор на основной бойлер Питательная вода Добавочная вода Конденсат после сепарации После конденсата На дренажный насос 1 На дренажный насос 2 Продувка ПГ	DПГ D0 Dс DПП1 DПП2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 DД DПБ DОБ DПВ DДВ DСДР Dк Dдн1 Dдн2 D'пр D"пр	523,93 520,29 285,32 18,86 17,19 27,34 24,98 108,22 60,64 17,6 38,95 2,4 11,7 84,6 38,89 22,86 526,54 3,64 43,01 247,57 62 34 2,13 0,49

6.Определение показателей тепловой экономичности машинного зала.

Расход тепла на машзал будет равен разности тепла, полученного от парогенератора с паром и водой продувки, и тепла, возвращенного с питательной водой парогенератора:



Примем, что добавочная вода берется из водоёма при температуре t=25 ⁰C и при давлении Р=0.98МПа, тогда теплосодержание добавочной воды i_ДВ=104.9кДж/кг:





Расход тепла на выработку электроэнергии:











Электрический КПД брутто турбоустановки:



т.е. η^бр_э=33,2%

Удельный расход тепла брутто:

6.1. Определение электроэнергии на привод насосов конденсатно-питательного тракта.

Расход электроэнергии на конденсатные насосы:

_пр – КПД привода, _пр=0,86,

6.2. Расход электроэнергии на дренажные насосы конденсата греющего пара.

В соответствии с давлением по тракту принимаем напор дренажных насосов:

Р_дрI=1,1МПа,

Р_дрII=0,9МПа, а КПД привода, _нас=0,76.

,





Тогда расход электроэнергии составит:





Суммарный расход электроэнергии на собственные нужды турбоустановки:





Доля электроэнергии на собственные нужды турбоустановки:



Электрический КПД нетто:

7.Определение показателей тепловой экономичности АЭС.

Для определения показателей тепловой экономичности блока АЭС необходимо учесть потери тепла в трубопроводах, расход на общественные механизмы, то есть КПД брутто энергоблока можно представить в виде следующей формулы:



,

где _I – коэффициент, учитывающий потери тепла в циркуляционном контуре реакторной установки и продувку реактора;

_I=0.995-0.998

_II – коэффициент, учитывающий потери тепла в трубопроводах за счет утечки пара;

_II=0.995-0.998

_III – коэффициент, учитывающий снижение КПД за счет переменного режима, снижения вакуума, вследствие загрязнения поверхности охлаждения конденсатора и по другим эксплуатационным причинам;

_III=0.985

_ПГ – коэффициент, учитывающий потери тепла в парогенераторной установке в окружающую среду с продувкой;

,

где g_ПГox – величина потерь в окружающую среду;

g_ПГox =(0,1-0,2)%

g_ПГ.пр – потери тепла, связанные с продувкой ПГ

Эта величина определяется по следующей зависимости



с – коэффициент, учитывающий использование продувочной воды в цикле, и определяется как



β – доля пара, образуемая в расширителе продувки



Н_а.сеп – адиабатический теплоперепад пара от расширителя продувки до давления в конденсаторе



Н_а – полный адиабатический перепад в турбине



тогда





теперь



Таким образом,



Следовательно, КПД брутто энергоблока АЭС составит:



Необходимая тепловая мощность реактора:



Необходимая мощность для привода ГЦН.

Расход теплоносителя через реактор:



Повышение энтальпии воды в ГЦН:



Р_ГЦН=0,5МПа, _нас=0,82, тогда



Необходимая мощность для прокачки теплоносителя через реактор:



Оценим необходимое количество циркуляционной воды для охлаждения конденсаторов турбины. Для этого запишем уравнение теплового баланса конденсатора:

,

где W_ЦВ – расход охлажденной воды на конденсаторе;

t_ох2, t_ох1,- температура охлаждающей воды на выходе (входе) из конденсатора.

Пусть t_ох1=15 ⁰С, принимаем кратность циркуляции m=50, тогда:





Принимаем прямоточную систему технического водоснабжения. Общий расход технической воды:

,

где W_ОХЛ – расход воды на масло и воздухоохладители

W_ОХЛ=1500 м³/ч;

W_ВП – расход воды на водоподготовительную установку.

,

где W_ПОД^ПГ - расход подпиточной воды;

W_ВП^СН – расход воды на собственные нужды водоподготовки;

W_ТС – подпитка тепловой сети.









Расход воды на охлаждение подшипников механизмов:



W_ох.р – расход воды на охлаждение реакторной установки,



W_хоз – расход воды на хозяйственные нужды (спецпрачечная, санпропускник, берется из санитарных норм – 300 л/сут на штатного работника)



Для системы технического водоснабжения выбираем 8 насосов 12 НДС – 60, мощность привода каждого составит 190 кВт. Расход электроэнергии на их привод будет N_ТВ=1520 кВт.

В качестве циркуляционных насосов конденсаторов турбины выбираем 5 насосов типа ОП-5-110, мощность электропривода каждого насоса составляет 1000 кВт. Значит, мощность циркуляционных насосов N_ЦВ=5000кВт. Расход на собственные нужды АЭС составит:



Доля электроэнергии на собственные нужды:



КПД энергоблока:



Таким образом, определены все необходимые показатели проектируемой АЭС.