Энергетические ресурсы Земли (стр. 12 )

В первом направлении прорабатываются три варианта АЭС:

1) АЭС средней мощности повышенной безопасности с реакторной установкой ВВЭР-500 с электрической мощностью 600 МВт;

2) АЭС большой мощности нового поколения с реактором типа ВВЭР-1000 с электрической мощностью 1000 МВт;

3) АЭС средней мощности с новым реактором ВПБЭР-600 с элект­рической мощностью 600 МВт.

Все три варианта направлены на дальнейшее развитие реакторостроения на базе водо-водяных реакторов корпусного типа. Постав­лена цель - достичь снижения расчетной вероятности аварий с пов­реждением активной зоны и вероятности аварийного выброса радиоак­тивных веществ за пределы защитной оболочки электростанции до зна­чения 10-7 событий на 1 реактор в год.

Второе направление развития АЭС исходит из принципа повышения их надежности за счет подземного расположения. Предлагается нес­колько вариантов таких АЭС;

1) в скальном массиве с реакторной установкой ВК-300 с элект­рической мощностью реакторов 300 МВт;

2) подземная АЭС средней мощности с реакторной установкой с жидким металлическим теплоносителем с электрической мощностью ре­акторов 100 МВт;

3) подземная АТЭЦ-150 с электрической мощностью реакторов 180 МВт и тепловой - 536 МВт;

4) подземная АТЭЦ-50 с электрической мощностью реакторов 25 МВт и тепловой - 100 МВт.

Третье направление развития АЭС предусматривает разработку таких технических решений, когда обеспечение безопасности АЭС дос­тигается не созданием защитных инженерных барьеров, а использова­нием фундаментальных физических и химических свойств ядерного топ­лива, теплоносителя и других компонентов.

Продолжаются исследования по совершенствованию АЭС на быстрых нейтронах. Первый опытный реактор на быстрых нейтронах был постро­ен в СССР в 1955 г. В 1972г. в г. Шевченко был пущен первый в мире крупный промышленный реактор на быстрых нейтронах типа БН-350. Этот реактор служит источником теплоты в установке, производящей электроэнергию и пресную воду. В 1980 г. на Белоярской АЭС введен в действие реактор БН-600 мощностью 600 МВт. В качестве теплоносите­лей для реакторов на быстрых нейтронах используют жидкий натрий или газ гелий. В США разрабатывается реактор-размножитель с тепло­носителем в виде расплавленной соли.

4.9. Тепловые котельные

Комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающих получение го­рячей воды или водяного пара под давлением, называют котельной ус­тановкой. Она состоит из котла и вспомогательного оборудования. Котлом называют устройство для получения горячей воды или водяного пара с давлением выше атмосферного за счет теплоты сгорания орга­нического топлива. Котлы бывают паровые и водогрейные. По назначе­нию они делятся на отопительные, промышленные и энергетические. Пар или вода, получаемые в отопительных котлах, используются для отопления, в промышленных котлах - для промышленных нужд. Котлы также классифицируются по паро - и теплопроизводительности, по па­раметрам пара и другим признакам.

В качестве топлива в котельных установках используется камен­ный уголь, газ, мазут.

Рассмотрим принципиальную схему котельной установки, работаю­щей на твердом топливе (рис.4.17). Топливо 1 с угольного склада подается в бункер сырого угля 2, из которого оно направляется в систему пылеприготовления, состоящую из питателя 3 угля и углераз-мольной мельницы 4. Пылевидное топливо по пылепроводам 5 транспор­тируется к горелочным устройствам 8 воздухом, поступающим по воз­духоводу 6. К горелкам 8 подводится также вторичный воздух по воз­духоводу 12 с помощью дутьевого вентилятора 23. Для устойчивого и интенсивного горении вторичный воздух нагревается до 250-400 °С в воздухоподогреваЗабор в воздуховод 22 вторичного воздуха производится зимой из окружающей среды 22, а летом из помещения 20.

Рис.4.17. Принципиальная схема угольной котельной

Поступающая в котел вода, называемая питательной, сначала по­догревается в экономайзере 17 и далее поступает топочные экраны 7 и 9, где происходит процесс парообразования. Сухой насыщенный пар поступает в ширмовый 10 и конвективный 14 пароперегреватели, после чего перегретый пар направляется к потребителю.

Продукты сгорания топлива, пройдя экономайзер 17 и воздухоподогреватель 16, очищаются от золы в золоулавливающем устройстве 24 и дымососом 25 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 26. Уловленная из дымовых газов зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляется, как правило, потоком воды по каналу 27.

Паровой котел состоит из топочной камеры 11, в которой проис­ходит сжигание специально подготовленного топлива и частичное ох­лаждение продуктов сгорания за счет теплоотвода к располагаемым в ней поверхностям нагрева и газоходов, в которых также размещаются поверхности нагрева, воспринимающие теплоту продуктов сгорания топлива. Стены топочной камеры покрыты внутри огнеупорным материа­лом, а снаружи - тепловой изоляцией 13. Непосредственно у стен по всему внутреннему периметру топочной камеры расположены трубы, ко­торые, получают теплоту от топочных газов, являются парогенерирую-щими поверхностями нагрева и называются топочными экранами 7 и 9. Топочные экраны являются радиационными поверхностями нагрева, так как они воспринимают теплоту сгорания топлива преимущественно из­лучением от факела и от продуктов сгорания. Температура в зоне го­рения может достигать 1500-1800 °С в зависимости от вида сжигаемого топлива. Средняя температура продуктов сгорания в топочной камере составляет 1300-1400°С.

Топочные газы покидают топочную камеру с температурой 900-1200 °С и поступают в горизонтальный газоход 15, в котором первым по ходу газов располагается пароперегреватель 10, выполненный из трубчатых змеевиков, собранных в плоские пакеты (ширмы). Теплооб­мен в ширмовых поверхностях нагрева осуществляется одновременно излучением и конвекцией, и поэтому они называются полурадиационными. Пройдя ширмовый пароперегреватель, газы охлаждаются до 800-900°С. В горизонтальном газоходе 15 за ширмовым пароперегревателем 10 располагается конвективный пароперегреватель 14, представляющий собой пакеты труб, расположенных в шахматном порядке. Теплообмен в пароперегреваи во всех последующих поверхностях нагрева осуществляется конвекцией. В верхней части конвективной шахты 18 обычно устанавливается промежуточный пароперегреваПосле промежуточного пароперегревателя газы имеют температуру 500-600 0С. Теплота этих газов используется в экономайзере 17, располагаемом далее по ходу газов, и в воздухоподогревателе 19, размещаемом либо в нижней части конвективной шахты 18 непосредственно за экономай­зером, либо в отдельном газоходе. За воздухоподогревателем газы имеют температуру 110-160 °С. Пройдя устройство очистки от золы 24, газы выбрасываются в атмосферу.

В основу работы парового котла положен принцип непрерывного отвода теплоты, выделившейся при сгорании топлива в топке, к теп­лоносителю. Передача теплоты от продуктов сгорании топлива к теп­лоносителю происходит в системе теплообменников трубчатой конс­трукции, называемых поверхностями нагрева. Для непрерывного отвода теплоты необходимо организовать постоянное движение теплоносителя. Как правило, теплоноситель движется внутри трубок, а продукты сго­рания омывают трубки теплообменников снаружи. В зависимости от способа организации движения теплоносителя паровые котлы подразде­ляются на прямоточные, с естественной и принудительной, циркуляцией (рис.4.18).

Процесс получения перегретого пара состоит из трех этапов;

1) подогрева питательной воды до температуры кипения; 2) образования насыщенного пара из воды; 3) перегрева сухого насыщенного пара до необходимой температуры. Подогрев воды до температуры кипения про­исходит в теплообменнике, который называется экономайзером 2 (рис.4.18), кипение воды и образование пара - в испарительной по­верхности нагрева (в парообразующих трубах 6), а перегрев пара - в пароперегреваДвижение теплоносителя в экономайзере и паро­перегревателе в паровых котлах всех конструкций организуют одина­ково: через экономайзер 2 вода перекачивается насосом 1, называе­мым питательным, а движение пара через пароперегреватель 7 осуществляется за счет разности давлений пара в котле и у потребите­ля. Котел с естественной циркуляцией (рис.4.18, а) состоит из сис­темы обогреваемых 6 и необогреваемых 4 труб, объединенных вверху барабаном 3, а внизу коллектором 5, представляющих собой замкнутый контур, который принято называть циркуляционным. Этот контур за­полнен до уровня, расположенного на 15-20 см ниже диаметральной плоскости барабана котла, водой, которую называют котловой. Объем барабана, заполненного водой, называют водяным, а занятый паром - паровым. Поверхность, разделяющую водяной и паровой объемы, назы-

Рис.4.18. Основные схемы получения пара в котлах:

а - с естественной циркуляцией; б - с принудительной циркуляцией;

в - прямоточные; ПВ - питательная вода; ПП - перегретый пар

вают зеркалом испарения. При подводе теплоты к обогреваемым трубам вода в них закипает, и они заполняются пароводяной смесью, имеющей плотность рсм. Необогреваемые трубы всегда заполнены, некипящей водой с плотностью рв. Нижняя точка контура подвержена со стороны необогреваемых труб давлению столба жидкости Hрв, а со стороны обогреваемых труб - давлению пароводяной смеси Hрв (Н - высота контура). Вследствие того, что рв > рсм, в циркуляционном контуре возникает разность давлений DРдв=H(рв+рсм), вызывает движение воды в нем и называется движущим напором, естественной циркуляции.

В паровых котлах с естественной циркуляцией поступившая вода превращается в пар лишь после многократного прохождения через цир­куляционный контур. Движущий напор котлов с естественной циркуля­цией обычно не превышает 0,1 МПа, и этого достаточно, чтобы воз­никло и существовало движение в циркуляционном контуре, парообразующие трубы которого расположены вертикально. При горизонтальном расположении парообразующих труб применяют котлы с принудительной циркуляцией (рис.4.18,б).

Характерной особенностью котлов с естественной и принудитель­ной циркуляцией является наличие барабана (или нескольких бараба­нов), в котором происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. Такие котлы называются барабанными. Однако при давлении, равном критическому и выше его, разделение на пар и воду невозмож­но, поэтому котлы с барабанами могут работать при давлении меньше критического. Обычно давление, при котором работают барабанные котлы, не превышает 14 МПа, а их паропроизводительность 670 т/ч.