АЭУ АЭС с ВВЭР. Влияние эксплуатационных факторов на работу конденсатора

                    N _i = N _{i ст j} = 691.11·G_т + 36525.02 кВт.

Расход пара на турбину

989,1712×10³ = 691.11·G_т + 36525.02;

G_т = 1484,127 кг/с

Расходы пара на потребители

G_т = 1484,127 кг/с;

G_пр = 0,004G_т = 5,94 кг/с;

G^п_тпн = 0,0199468·G_т = 32.6 кг/с;

G_гк^п = G_7стЦНД = 772.2 кг/с;

G_пг = G_т + G_пр + G_пп = 1573.1 кг/с;

G_сн= 41  кг/с;

G_сн1= 14  кг/с;

G_сн2 = 27  кг/с;

G_псвп =21,4кг/с;

G_{псво2ст} = 15,262  кг/с;

G_{псво1ст} = 9,339 кг/с;

G_псв  = 46  кг/с.

 

G_от1 = 0,068303·G_т – 1,675 = 114.8 кг/с;

G_от2 = 0,048413·G_т + 0,19053 = 83.36 кг/с;

G_от3 = 0,029157·G_т + 41,1072 = 57.7 кг/с;

G_от4 = 0,049585·G_т + 21,0195 = 95.3кг/с;

G_от5 = 0,029956·G_т + 14,68535 = 56.4 кг/с;

G_от6 = 0,026545·G_т + 9,2357 = 44.9 кг/с;

G_от7 = 0,025002·G_т − 4,96775 = 32.5 кг/с;

G_от8 = 0,0214597·G_т − 1,6456 =  31.15 кг/с;

G_пп1ст = 0,031933·G_т – 2,40696 = 46.5 кг/с;

G_пп2ст = 0,0591812·G_т − 4,4608 = 83.05 кг/с;

G_1стЦВД = G_т = 1484.127 кг/с;

G_2стЦВД = G_т = 1484,127 кг/с;

G_3стЦВД = G_т– G_от1 = 1369,4кг/с;

G_4стЦВД = G_3стЦВД – G_от2 = 1272,7 кг/с;

G_5стЦВД = G_4стЦВД – G_от3 = 1228.3 кг/с;

G_с = (G_5стЦВД – G_от4)·(1 – 0,853) = 163.3 кг/с;

G_1стЦНД = (G_5стЦВД – G_от4)·0,853 – G ^п_тпн = 937.1 кг/с;

G_2стЦНД = G_1стЦНД – G_от5 = 880.7 кг/с;

G_3стЦНД = G_2стЦНД – G_от6 = 835.8 кг/с;

G_4стЦНД = G_3стЦНД – G_от7 =803.3 кг/с;

G_5стЦНД = G_4стЦНД – G_от8 = 772.2 кг/с.

3.3.7 Паропроизводительность ПГ и тепловая мощность ЯР. КПД ЯЭУ брутто

Паропроизводительность  ПГ

Gпг = Gт + Gпп + Gпр = 1573.1 кг/с.

Энтальпия пара на выходе из  ПГ  i_пг = 2778,8  кДж/кг

Энтальпия питательной  воды на выходе из ПВД-7: i_пв = 892,7 кДж/кг

3.2.20 Тепловая мощность ядерного реактора

 

Q_яр = G _пг (i _пг - i _пв)/h _тпк = 1573.1(2778,8 – 914)/0,985 =2978,19×10³ кВт.

В расчет в соответствии с рядом предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84) принят ЯР номинальной тепловой мощностью

Q_яр = 3000 МВт.

3.2.14 КПД ЯЭУ брутто

h_ЯЭУ^брутто = Р_г / Q_яр = 950/2978,19= 0,319 .

 

 

        3.3. 5 ОЦЕНКА МАССОГАБАРИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГЛАВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЯЭУ

 

3.3.5.1 Параметры ядерного реактора

Энергия, выработанная за время компании

Е = Qяр.ном·τ = 3000·10³·21000 = 6,3·10¹⁰ кВт·ч.

где τ = 3·7000 ч – принято  по прототипу;

Загрузка урана в  активной зоне

М _U = Е / (R×27)   кг,

где R = 35 МВт∙сут/кг - принято  по прототипу.

Тогда

М _U = 6,3× 10¹⁰ / (35 × 27∙10⁶)  = 75т.

Объем активной зоны

V_аз = Q_яр^ном / q, = 3000 / 111 = 27,03 м³

где q = 111 МВт/м³ - принято по прототипу.

Диаметр активной зоны

Dаз = 3,16 м – принято  по прототипу.

Высота активной зоны

H_аз = 4∙V_аз / (p∙D_аз² ) =  4 × 27,03/ (3,14 × 3,16²) = 3,448 м.

Габаритный диаметр  ЯР

Dяр = Dяр.пр = 4,535 м.

Габаритная высота корпуса  ЯР

 

Hяр = hяр · Hаз = 3,056 × 3,448 = 10,54 м.

где

h_яр = H_яр^пр / H_аз^пр =10,88 /  3,56 = 3,056.

Масса ЯР

М_яр = m_яр ∙V_яр   т ,

 

где m_яр = М_яр^пр/ V_яр^пр = М_яр^пр/(p ∙ D_яр^{пр  2} ∙ H_яр^пр/4) = 827/(3,14∙4,535²∙10,88/4) = 4,69 т/м³.

 

М_яр = 4,69∙(p∙D_яр² ∙ H_яр/4) = 4,69 ∙ 3,14 ∙ 4,535²∙10,54/4) = 798,1 т.

 

Сводные данные параметров ЯР

Тепловая мощность  -  3000 Мвт

Давления теплоносителя -  16 МПа

Температура теплоносителя:

-на выходе из ЯР    - 323 0С

-на входе в ЯР  - 291 0С

Расход теплоносителя  через активную зону

  Размер активной зоны:

-высота   - 3,448 м

-диаметр   - 3,16 м

Топливо    - UO2

Материал оболочки твэла - циркониевый сплав

Средняя энергонапряжонность  активной зоны – 111 Мвт/м3

Загрузка урана   - 75 m

Кампания активной зоны -  21000 ч

Корпус реактора:

-габаритная высота -  10.54 м

-диаметр максимальный  4.535 м

Масса сухого реактора в  сборе  798,1 m

 

5.2 Параметры парогенератора

Паропроизводительность  камеры парогенератора

 

G_пг^кпг = SG_пг / z_кпг = 1573,1/ 4 = 393,3 кг/с

 

Параметры генерируемого  сухого насыщенного пара:

-давления  - 6.4 МПа

-температура  -  280 0С

Тепловая нагрузка камеры парогенератора

 

Q_кпг = Q_яр^ном ×h_тпк / z_кпг = (3000 × 0,985) / 4  = 738,75МВт

 

Расход теплоносителя  через камеру ПГ

 

G_{т кпг} =  SG_т / z_кпг = 16362/ 4 = 4090,5 кг/с.

 

Поверхность теплопередачи  камеры ПГ

 

F_кпг^расч = Q_кпг / (К × δt) м²  ,

где  Q_кпг. = 738,75 МВт;

К_пг. = 5,4 кВт/кв.м·˚С – принято по прототипу;

 

δt = (δt_б – δ t_м) / ln (δt_б / δ t_м)

где   tσ = tт1 – tпг = 323 – 280 = 43˚С;

tм = tт2 – tпг = 291 – 280 = 11˚С;

δt = (43 – 11) / ln (43 / 11)  = 23,472 ^оС;

F_кпг^расч = 738,75∙10³ / (5,4 ∙ 23,472) =5828,46 м²,

F_кпг = 1,1· F_кпг^расч.= 1,14·5828,46 = 6410,8 кв.м;

 

В расчет принято F_кпг =6500 м2 - По ГОСТ 8032-84;

Обьем камеры ПГ 

 

V_кпг = v_кпг· F_кпг м2.

 

где  v_кпг = V_кпг^пр /F_кпг^пр = p∙D²_кпг^пр ∙L_кпг^пр / (4∙F_кпг^пр) = 3,14∙4²∙13,84 / (4∙6115) = 0,0284 м³/м²;

 

V_кпг = 0,0284·6500 = 184,6 м³.

 

D_кпг = 4 м. – принято по прототипу.

 

L_кпг =   4 ∙ V_кпг / (p∙ D²_кпг) =  4 × 184,6 / (3,14 × 4²) = 14,7м.

 

Масса камеры ПГ 

М_кпг = m_кпг·V_кпг т,

 

где m _кпг = М_кпг^пр / V_кпг^пр = 4 ∙ М_кпг^пр / (p∙ D²_кпг^пр∙ L_кпг^пр) = 4 ∙ 205 / (3,14∙ 4²∙ 13,84) = 1,179 т/м³

 

Мкпг =1,179·184,6 = 217,6 т.

 

5.3 Параметры главной  турбины 

Параметры ЦВД

ЦВД – один двухпоточный агрегат.

Длина сопловой лопатки  первой ступени ЦВД

 

l₁ = G_п ×v₁ / (p d_ср с₁₀ j sina₁×е), м.

 

Расход пара Gп = 0,5·Gт = 0,5·1484,127 = 742 кг/с;

v₁ – удельный объем пара за первой ступенью ЦВД,

 

v₁ = f(P=3,5 МПа, χ=0,944) = ν’· (1-χ) + ν’’χ = 0.0012345·(1-0.944) + 0,05702·0.944 =

= 0.053896 м3/кг;

= 0,97

N –  частота вращения  ротора, n = 50 об/с  (3000 об/мин) –  принято в расчет;

ρ –  степень реактивности первой ступени ЦВД,  ρ =0,1 – принято в расчет;

α  - угол выхода потока пара из сопловой решетки, α=13˚ - принято  в расчет;

U/C10= 0,489 – принято в  рачет;

e – степень пропорциональности, e = 1;

dср– длинна лопатки  первой ступени ЦВД,

dср = 1,375 м – принято в расчет;

 

c10= π· dср·n/(u/c10)опт = 3,14·1,375·50/0,489 = 441,5

l₁ = G_п ×v₁ / (p d_ср с₁₀ j sina₁×е) = 742×0,053896 / (3,14×1,375×441,5 ×0,97× sin13^о) =

= 0,096м.

 Параметры ЦНД

ЦНД – четыре двухпоточных агрегата.

Длинна лопатки последней  ступени ЦНД

L = 1,15 м – принято  в расчет по прототипу.

Средний диаметр последней  ступени ЦНД

 

d = L·θ = 1,2·2,5 = 3 м

 

Где θ - веерность последней  ступени ЦНД, θ = 2,5 – принято по прототипу:

Площадь проходного сечения  одного выхлопа ЦНД

 

Ω = π·d·l = 3,14·3·1,2 = 11,3 м².

 

Скорость пара на выходе из ЦНД

 

с₂ = SG_п∙v / (z_пот^цнд∙W),  м/с,

где ∑Gп = 772,2 кг/с;

v=(р=5кПа, х=0,906)= ν’· (1 – χ) + ν’’χ =0,0010052·(1-0,906)+28,196·0,906=25,55 м³/кг;

 

z_пот.^цнд = 8;

Ω = 11,3 м²;

с₂ =772,2∙25,55  / (8∙11,3) = 218,3  м/с.

 

3.3.5.2 Параметры главного конденсатора

Главная конденсационная  установка представлена четырьмя конденсаторами поверхностного типа (по количеству ЦНД  турбоагрегата), соединенными попарно-последовательно  по охлаждающей воде. Каждый конденсатор  – одноходовой, двухпоточный. Компоновка конденсатной системы и схема подачи охлаждающей воды показана на рисунке .

 

                   

                                                             ОВ

 

Рисунок  – схема  подачи охлаждающей воды на конденсатную установку

 

Тепловая нагрузка конденсатора

 

Q = Gп· (Iвх – Iвых) = 772,2·  (2333,4 – 137,77) = 1797487,6 кВт.

 

Уточненное значение температуры охлаждающей воды на выходе из ГК

tов.вых = tов.вх + r·x/(m·cp)=20+2423,43·0,906/(55·4,18)=29,55 ⁰С

Средний температурный напор теплопередачи в конденсаторе

δt = (δt_б – δ t_м) / ln (δt_б / δ t_м), ^оС,

где   tσ = tк – tохл.в.вх. = 32,9 – 20 = 12,9˚С; 

tм = tк - tохл.в.вых. = 32,9 –29,55 = 3,35˚С;

δt = (12,9 – 3,35) / ln(12,9 /3,35) = 7,08 ˚С

 

Коэффициент теплопередачи  главного конденсатора

К = 4,07×а×(1,1× w_в / d_вн^0,25)^х×[1 – b×a^0.5×(35 – t_ов^вх )² /1000] × [1 + (z – 2)×0,1×(1 – t_ов^вх /35)]× Ф_в ,  кВт/(м² ×град),

 

где   а – коэффициент  чистоты, а = 0,825 – принято по прототипу;

ωв – скорость охлаждающей воды в трубках,

ωв = 2,13 м/с – принято  по прототипу;

dвн – внутренний  диаметр трубок,

dвн = 26 мм - принято по  прототипу;

X = 0,12·а· (1 + 0,15·tохл.в.) = 0,12·0,825·(1 + 0,15·20) = 0,396;

b = 0,52 – 7,2·Gп/F = 0.52 –  7.2·883.33/88000 = 0.4477.

где  Gп = Gп.прот = 3180/3,6 = 883,3 кг/с;

F = Fпрот = 88000 м²;

z – Количество заходов охлаждающей воды, z = 2;

Фв – коэффициент  паровой нагрузки,Фв = 1;

 

К = 4,07×0,825×(1,1× 2,13 / 26^0,25)^0,396×[1 – 0,4477 ×0,825^0.5× (35 - 20)² /1000] [1+ (2 – 2)×0,1×(1 – 20 /35)]×1 = 3,095 кВт/(м² ×град).

 

Поверхность теплообмена  конденсатора

F = Q / (К ∙ δt) = 1797487,6/ (3,095 × 7,08) = 82029,7 м²

Количество параллельно  включенных трубок конденсатора

 

n_тр = 1,05×G_ов×4 / (p×d_вн²× w_в×ρ_в),

 

где Gохл.в. = Gп·m = 772,2·55 = 42471 кг/с;

dвн = 0,026 м;

ωв = 2,13 м/с;

ρв = 999,051 кг/м³;

 

n_тр = (1,05 42471  ×2 / (3,14×0,026 ²× 2,13  ×998,303/4)) = 79042шт.,

Длинна одной трубки

L_тр^д = F / (p∙d_нар ∙ n_тр ^д )= 82029,7 / (3,14 ∙ 0,028 ∙ 79042) = 11,8 м,

 

Длинна d_нар = 0,028 м – принято в расчет;

Площадь трубной доски  для одной секции конденсатора

 

S_тр.д = [(n_тр ^д / z_сек.гк) ∙ p∙d²_нар /4] / u_тр = [(79042/ 4) ∙3,14∙0,028² /4] / 0,32 = 38 м²

 

где Uтр = 0,32– коэффициент  использования трубной доски  – принято в расчет.

Условный диаметр эквивалентной трубной доски

 

D_тр.д^усл = (4× S_тр.д / p)^0,5 = (4× 38 / 3,14)^0,5 = 6,96 м.

 

Соотношение длині трубок и диаметр трубной доски

 

Lтр.действ/Dтр.д.усл. = 11,8/6,96= 1,695.

 

При оптимально подобраным параметрам конденсатора отношение Lтр.действ/Dтр.д.усл. должно находиться в пределах 1,5…2,5.

Габаритный диаметр  конденсатора

 

Dконд = D тр.д.усл. = 6,96 + 0,6 = 7,56 м.

Габаритная длина конденсатора

L конд = L тр.действ. + 2·Lв.к  = 11,8 + 2·1,2 = 14,2 м.

где  Lв.к = 1,2 м – длинна водяной камеры в осевом направлении конденсатора – принято в расчет.

Габаритный обьем конденсатора

 

V_конд = p∙D²_конд ∙ L _конд / 4 = 3,14∙7,56² ∙ 14,2 / 4 = 637 м³.

 

Масса конденсатора

Мконд = mконд·Vконд   т,

где

 m _конд=М _конд^пр/V _конд ^пр = М _конд ^пр / (Н∙ В∙ L) _конд ^пр = 585 / (5,546∙ 6,698∙ 11,205) = 1,405 т/м³;

 

М_конд = 1,405·637= 895 т.