Трухний А.Д. Паротурбинная установка блоков Балаковской АЭС

Подождите немного. Документ загружается.

§ 1.2] ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА АЭС 19_

направляется в паровую турбину. В России

корпусные реакторы кипящего типа не строят.

В корпусных реакторах и теплоносителем, и замед-

лителем является вода.

Альтернативой корпусным реакторам являются

канальные реакторы, которые строили только

в Советском Союзе (РБМК — реактор большой

мощности канальный). Такой реактор представляет

собой графитовую кладку с многочисленными кана-

лами, в каждый из которых вставляется как бы не-

большой кипящий реактор малого диаметра. Замед-

лителем в таком реакторе служит графит, а тепло-

носителем — вода.

На рис. 1.6, а показан продольный разрез реак-

тора ВВЭР-1000, на рис. 1.6, б— его внешний вид,

а в табл. 1.3 представлены основные характеристи-

ки реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-440, используе-

мых на АЭС России.

На рис. 1.7 показан корпус реактора ВВЭР-1000

во время изготовления на заводе.

Корпус реактора состоит из цилиндрического

сосуда 4 (см. рис. 1.6) и крышки 3, притягиваемой

к сосуду многочисленными шпильками 2 со спе-

циальными колпачковыми гайками. В сосуде под-

вешивается шахта 5, представляющая собой тон-

костенный сосуд с уплотнением 6 и системой

отверстий, обеспечивающих на-

правленное движение теплоноси-

теля. Теплоноситель (вода) с дав-

лением 15,7 МПа и температурой

289 °С поступает по четырем шту-

церам в кольцевое пространство

между корпусом и шахтой и по не-

му движется вниз. На этой стадии

движения вода выполняет функ-

цию отражателя нейтронов. Дно

шахты 5 имеет многочисленные

отверстия, через которые вода по-

падает внутрь шахты, где распола-

гается активная зона, состоящая из

отдельных шестигранных ТВС

(рис. 1.8), каждая из которых

содержит 312 твэлов (рис. 1.9).

Поступивший через перфориро-

ванное дно шахты теплоноситель

движется вверх, омывает твэлы,

разогретые в процессе деления

ядерного горючего, нагревается и

с температурой 322,5 °С через пер-

форации в верхней части шахты

и четыре выходных отверстия

направляется в четыре пароге-

нератора (см. ниже).

Рис. 1.9. Тепловыделяющий элемент:

/ — наконечник; 2 — разрезная втулка;

3— оболочка; 4 — топливная таблетка;

5 — нижняя заглушка

20 ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ НА АЭС [Гл. 1

Корпус реактора представляет собой уникаль-

ную конструкцию, сваренную из отдельных обеча-

ек (рис. 1.10), изготавливаемых ковкой. Масса обе-

чаек достигает почти 100 т. Они выполняются

двухстенными. Наружная часть изготавливается

из термостойкой высокопрочной стали, а внутрен-

няя плакируется слоем аустенитной нержавеющей

стали толщиной 10—20 мм. Масса корпуса без

крышки превышает 300 т, а с крышкой и шпиль-

ками достигает 400 т.

Реактор ВВЭР-440 имеет конструкцию, анало-

гичную конструкции ВВЭР-1000. Его технические

данные приведены в табл. 1.3. Наряду с ВВЭР

на АЭС России используют реакторы канального

типа (см. табл. 1.1).

Реактор канального типа РБМК-1000 показан

на рис. 1.11.

§ 1.2] ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА АЭС 21_

Техническая характеристика реактора

РБМК-1000

Мощность энергоблока электрическая, МВт 1000

Мощность реактора тепловая, МВт 3200

КПД, % 31,3

Высота активной зоны, м 7

Диаметр активной зоны, м 1,8

Число каналов 1693

Масса загружаемого топлива, т 192

Обогащение топлива, % 2

Диаметр твэла, мм 13,6

Он состоит из собственного реактора 1, бара-

банов-сепараторов 5, главных циркуляционных

насосов (ГЦН) 6 и водяных и пароводяных ком-

муникаций.

Активная зона реактора представляет собой гра-

фитовую кладку, выполненную из блоков сечением

250x250 мм. В центре каждого блока имеется верти-

кальное отверстие (канал), в которое помещается па-

рогенерирующее устройство. Совокупность пароге-

нерирующего устройства, кладки и элементов

их установки называют технологическим ка-

налом. Он включает в себя трубу, состоящую

22 ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ НА АЭС [Гл 1

из центральной (циркониевой) части, расположен-

ной в области графитовой кладки, и двух концевых

частей, выполненных из нержавеющей стали. Внут-

ри центральной части трубы подвешивается ТВС,

состоящая из двух последовательно расположенных

пучков. Каждый пучок состоит из 18 стержневых

твэлов с наружным диаметром 13,6 мм, толщиной

стенки 0,9 мм и длиной 3,5 м. В нижнюю концевую

часть трубы каждого канала поступает вода от глав-

ного циркуляционного насоса, которая затем дви-

жется вверх, омывая пучки ТВС. При этом вода на-

гревается до состояния кипения, частично испаряет-

ся и с массовым паросодержанием примерно 15 %

направляется в барабан-сепаратор 5 (см. рис. 1.11).

Здесь вода и пар разделяются: пар направляется в

паровую турбину, а вода с помощью ГЦН снова

возвращается в технологические каналы.

Активная зона (графитовая кладка) окружается

стальным герметичным кожухом и заполняется

смесью гелия и азота при небольшом избыточном

давлении.

1.2.3. Технологические схемы

производства электроэнергии

на АЭС с реакторами типов ВВЭР

и РБМК

Реакторы типа ВВЭР используют для строи-

тельства двухконтурных АЭС. Как следует из на-

звания, такая АЭС (рис. 1.12) состоит из двух кон-

туров. Первый контур расположен в реакторном

отделении. Он включает в себя реактор типа ВВЭР,

через который с помощью главного циркуляцион-

ного насоса (ГЦН) прокачивается вода под давле-

нием 15,7 МПа (160 кгс/см ). На входе в реактор

вода имеет температуру 289 °С, на выходе из

него— 322 °С. При давлении 160 кгс/см

вода

может закипеть только при температуре 346 °С,

таким образом, в первом контуре двухконтурной

АЭС всегда циркулирует только вода без обра-

зования пара.

Из ядерного реактора (ЯР) вода с температурой

322 °С поступает в парогенератор (ПГ). Пароге-

нератор — это горизонтальный цилиндрический

сосуд (барабан), частично заполненный питатель-

ной водой второго контура; над водой имеется

паровое пространство. В воду погружены многочис-

ленные трубы парогенератора, в которые поступает

вода из ядерного реактора. Можно сказать, что

парогенератор — это кипятильник, выпаривающий

воду при повышенном давлении. С помощью пита-

тельного насоса (ПН) и соответствующего выбора

турбины в парогенераторе создается давление

существенно меньшее, чем в первом контуре (для

реактора ВВЭР-1000 и турбины мощностью

1000 МВт это давление свежего пара

(60 кгс/см

). Поэтому уже при нагреве до 275 °С во-

да в парогенераторе закипает вследствие нагрева

ее теплоносителем, имеющим температуру 322 °С.

Таким образом, в парогенераторе, являющемся свя-

зывающим звеном первого и второго контура

§ 1 2) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА АЭС 23

(но расположенном в реакторном отделении), гене-

рируется сухой насыщенный пар с давлением

и температурой (свежий

пар). Если говорить строго, то этот пар — влажный,

однако его влажность мала (0,5 %). Следовательно,

можно отметить первую особенность АЭС — низ-

кие начальные параметры и влажный пар на входе

в паровую турбину.

Этот пар направляется в цилиндр высокого дав-

ления (ЦВД) паровой турбины. Здесь он расширя-

ется до давления примерно 1 МПа (10 кгс/см ).

Выбор этого давления обусловлен тем, что уже при

этом влажность пара достигает 10—12 % и капли

влаги, движущиеся с большой скоростью, приводят

к интенсивной эрозии и размывам деталей проточ-

ной части паровой турбины.

Поэтому из ЦВД пар направляется в сепаратор-

пароперегреватель (СПП). В сепараторе (С) от пара

отделяется влага, и он поступает в пароперегрева-

тель (ПП), где его параметры доводятся до значе-

ний 10 кгс/см

, 250 °С (см. рис. 1.12). Таким обра-

зом, пар на выходе из СПП является перегретым,

и эти параметры выбраны такими, чтобы получить

допустимую влажность в конце турбины, где угро-

за эрозии еще большая, чем за ЦВД. Пар с ука-

занными параметрами поступает в цилиндр низ-

кого давления (ЦНД) (в энергоблоке мощностью

1000 МВт имеются три одинаковых ЦНД,

на рис. 1.12 показан только один). Расши-

рившийся в ЦНД пар поступает в конденсатор, а из

него — в конденсатно-питательный тракт.

Важно отметить, что во втором контуре цирку-

лирует нерадиоактивная среда, что существенно

упрощает эксплуатацию и повышает безопасность

АЭС.

На рис. 1.13 показана схема одноконтурной

АЭС. В России построены три АЭС с реакторами

РБМК-1000 (см. табл. 1.1). Одноконтурной она на-

зывается потому, что и через реактор, и через паро-

турбинную установку циркулирует одно и то же ра-

бочее тело.

Питательная вода с помощью ГЦН с параметра-

ми 7,9 МПа (80 кгс/см ) и 265 °С из раздаточного

коллектора подводится к многочисленным

(в РБМК-1000 их 1693) параллельным технологиче-

ским каналам, размещенным в активной зоне реак-

тора. На выходе из каналов пароводяная смесь с паро-

содержанием 14—17% собирается в коллекторе

и подается в барабан-сепаратор (у РБМК-1000

их четыре). Барабан-сепаратор служит для разделе-

ния пара и воды. Образующийся пар с параметрами

6,4 МПа (65 кгс/см ) и 280 °С направляется прямо

в паровую турбину (реактор РБМК-1000 в номи-

нальном режиме питает две одинаковые паровые

турбины мощностью по 500 МВт каждая).

Пар, получаемый в реакторе и сепараторе, явля-

ется радиоактивным вследствие наличия растворен-

ных в нем радиоактивных газов, причем именно

паропроводы свежего пара обладают наибольшим

радиоактивным излучением. Поэтому их проклады-

24 ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ НА АЭС [Гл. 1

вают в специальных бетонных коридорах, служащих

биологической защитой. По этой же причине пар к

турбине подводится снизу, под отметкой ее обслу-

живания (под полом машинного зала).

Пар, расширившийся в ЦВД до давления 0,35 МПа

(3,5 кгс/см ), направляется в СПП (на каждой тур-

бине энергоблока с реактором РБМК-1000 их четы-

ре), а из них — в ЦНД (на каждой турбине их также

четыре) и в конденсаторы. Конденсатно-питатель-

ный тракт такой же, как и у двухконтурной АЭС,

однако многие его элементы требуют биологиче-

ской защиты от радиоактивности. Это относится к

конденсатоочистке и водяным емкостям конденса-

тора, где могут накапливаться радиоактивные про-

дукты коррозии, подогревателям регенеративной

системы, питаемым радиоактивным паром из тур-

бины, сборникам сепарата СПП. Одним словом, и

устройство, и эксплуатация одноконтурных АЭС,

особенно в части машинного зала, существенно

сложнее, чем двухконтурных.

Конденсат, проходя систему регенеративного

подогрева воды, приобретает температуру 165 °С

и смешивается с водой, идущей из барабана-сепара-

тора (280 °С), и затем поступает к ГЦН, обеспечи-

вающим питание ядерного реактора.

1.3. Основные законы перехода

тепловой энергии в работу

При работе АЭС над рабочим телом осуществля-

ется тепловой цикл: в парогенераторе вода превра-

щается в пар и приобретает запас тепловой энергии,

которая в паровой турбине частично превращается

в работу; в конденсаторе часть теплоты пара пере-

дается охлаждающей воде, а сам пар конденсирует-

ся и подается в виде воды в парогенератор; затем

этот цикл повторяется. Естественно, что установка

будет тем экономичнее, чем большая часть теплоты

превратится в турбине в работу. Законы превраще-

ния теплоты в работу, которая является основной

целью любого теплового двигателя, в том числе

ПТУ, изучаются дисциплиной, называемой техниче-

ской термодинамикой.

Тепловая энергия в паровой турбине превраща-

ется в работу благодаря тому, что потенциальная

энергия пара перед турбиной больше, чем за ней.

Состояние пара и воды определяется рядом харак-

теристик, называемых параметрами состояния.

Важнейшими из них являются давление, темпера-

тура, удельный объем и некоторые другие.

Давление — это результат ударов молекул га-

за или жидкости, заключенных в сосуде, на единицу

площади ограничивающих его стенок. Давление

измеряют в паскалях (Па). Паскаль — это сила

в 1 Н, равномерно распределенная на площади в 1 м .

Паскаль — очень малая величина (например, атмо-

сферное давление в 100 тыс. раз больше). Поэтому

для измерения давления часто используют кратные

величины: килопаскаль (1 кПа = 1000 Па) и мегапа-

скаль (1 МПа = 1000 кПа = 10

Па).

На электростанциях для измерения давления

часто используют атмосферы (ат). Одна атмосфера

— это сила в 1 кгс (1 кгс = 9,81 Н), равномерно рас-

пределенная на площади в 1 см

. Следует запом-

нить, что 1 ат = 1 кгс/см

= 98 100 Па = 98,1 кПа

и 1 МПа= 10 ат.

Давление, превышающее атмосферное, чаще

всего измеряют прибором, называемым маномет-

ром. Обычно он указывает давление избыточное

над атмосферным. Поэтому для определения давле-

ния, или, как подчеркивают, абсолютного давления

р, к показаниям манометра следует прибавить

атмосферное давление В, измеряемое отдельным

прибором, который называется барометром:

Температура измеряется в Кельвинах (К).

Температура воды, соответствующая тройной точке

(в этой точке вода находится одновременно в твер-

дом, жидком и газообразном состояниях), принята

за 273 единицы, или 273 К. Обычно температуру

в Кельвинах, называемую абсолютной, обозначают

буквой Т.

В теплотехнике чаще используют стоградусную

шкалу, нуль которой соответствует состоянию тая-

ния льда, а 100 единиц (100 °С) — состоянию кипе-

ния (при нормальном атмосферном давлении). Тем-

пературу в градусах стоградусной шкалы обычно

обозначают буквой t. Численно 1 °С = 1 К, и с боль-

шой степенью точности справедливо приближенное

соотношение T=t + 273.

Температура тел изменяется вследствие подвода

или отвода теплоты. Для нагрева различных тел

одной и той же массы требуется различное количе-

ство теплоты. Количество теплоты, необходимое

для нагрева 1 кг вещества на 1 К, называют у дель-

ной теплоемкостью и обычно обозначают бук-

вой с. Удельная теплоемкость твердых тел определя-

ется их природой, а газов и паров — еще и условия-

ми, при которых изменяется их температура. Напри-

мер, теплоемкость газов при подводе теплоты при

постоянном давлении выше, чем при постоянном

объеме .Измеряется теплоемкость в кДж/(кг-К)

или ккал/(кг · °С).

$ 1.3] ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ПЕРЕХОДА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В РАБОТУ 25_

Удельный объем υ — это объем, занимае-

мый единицей массы и измеряемый в м

/кг. Удель-

ный объем — величина, обратная плотности. Удель-

ный объем воды зависит от давления, а водяных

паров — от давления и температуры и изменяется

при движении пара в турбине в тысячи раз.

Давление, температура и удельный объем —

основные параметры, характеризующие состояние

газа или пара. Параметром состояния является

иудельная внутренняя энергия — сумма

кинетической и потенциальной энергий молекул

1 кг газа. С увеличением температуры и давления

удельная внутренняя энергия и растет, а с их пони-

жением уменьшается. Поэтому внутренняя энергия

пара перед турбиной существенно больше, чем за

ней. В технических расчетах внутренняя энергия не

используется, но важна для понимания процес-

сов, происходящих в теплотехнических установ-

ках. Интерес представляет изменение внутренней

энергии при переходе из некоторого состояния 1

в состояние 2, т.е.

(1.1)

При анализе процессов, происходящих в тепло-

вых двигателях, очень часто используют другой

параметр состояния — энтальпию, определяе-

мую соотношением

h = u + pv. (1.2)

Любой тепловой двигатель, в том числе паро-

турбинная установка, сооружается для того, чтобы

тепловую энергию преобразовать в работу. Эту

работу совершает рабочее тело при расширении,

которому препятствуют внешние силы. Понять это

превращение можно из рис. 1.14. Если в сосуде

с массой газа 1 кг под невесомым поршнем, распо-

ложенным на высоте с помощью массы соз-

дается давление то после снятия части массы

оставшаяся масса поднимется

до высоты и приобретет запас потенциальной

энергии

равной работе расширения газа

Взаимные преобразования теплоты и работы

определяются первым законом термодинамики,

являющимся частным случаем всеобщего закона

сохранения энергии. В соответствии с первым зако-

ном термодинамики теплота, подведенная к телу,

расходуется на увеличение его внутренней энергии

и совершение работы:

(1-3)

Отсюда следует, что работа l, выполнение кото-

рой и является целью создания теплового двигате-

ля, может быть получена либо за счет подвода теп-

лоты q, либо за счет уменьшения внутренней энер-

гии либо за счет того и другого:

(1.4)

При затрате одного и того же количества тепло-

ты q полученная работа l будет зависеть от того,

при каких условиях осуществляется подвод тепло-

ты. Если, например, поршень (см. рис. 1.15, а) при-

варить к стенке сосуда, т.е. образовать замкнутый

объем с давлением и затем к газу подвести

теплоту q, то из-за того, что поршень переме-

щаться не может, работа совершаться не будет. В

соответствии с формулой (1.4) вся подведенная

к газу теплота q затрачивается на изменение его

внутренней энергии: Такой процесс подво-

да теплоты без изменения объема называется изо-

хорным.

26 ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ НА АЭС [Гл. 1

Наоборот, в рассмотренном выше примере

(см. рис. 1.14) совершение газом работы без всякого

подвода или отвода теплоты (при абсолютной изо-

ляции цилиндра) происходит только за счет умень-

шения внутренней энергии: Такой процесс

называется адиабатным. Почти такой процесс

происходит в хорошо изолированной паровой тур-

бине. В действительности при течении расширяю-

щегося пара в турбине за счет сил трения между его

частицами, а также трения пара о ее детали проис-

ходит внутреннее выделение теплоты. Потенциаль-

ная энергия в конце процесса расширения оказыва-

ется больше, чем в случае отсутствия трения, и полу-

ченная работа соответственно уменьшается. Если

внутренним подводом теплоты можно пренебречь,

то будет происходить так называемый изоэн-

тропный процесс расширения, при котором один

из параметров состояния — энтропия s — оста-

ется постоянным. Энтропия характеризует близость

замкнутой (изолированной) системы к термодина-

мическому равновесию. Заметим, что не вполне

ясное представление физической сути понятия

энтропии нисколько не мешает ее практическому

использованию, как, скажем, использованию авто-

мобиля нисколько не мешает незнание устройства

его двигателя.

Имеются подробные таблицы и диаграммы раз-

личных веществ, в частности воды и водяного пара,

позволяющие вычислить значения энтропии s, из-

меряемой в кДж/(кг · К) или ккал/(кг · °С). При под-

воде теплоты энтропия всегда возрастает, а при от-

воде убывает.

Можно представить себе процесс (см. рис. 1.15, б),

когда при подводе к газу теплоты q поршень в сосу-

де поднимается, перемещая груз, а давление под

поршнем остается постоянным. Такой процесс назы-

вается изобарным. Работа перемещения груза

(1.5)

а затраченная теплота расходуется не только на со-

вершение работы, но и на изменение внутренней

энергии (температура в сосуде будет повышаться).

Использовав последнее соотношение, получим

т.е. в изобарном процессе подведенная к газу тепло-

та расходуется на изменение его энтальпии. Имен-

но такой процесс происходит при подводе теплоты

к пару или воде в парогенераторе или СПП.

Можно себе представить и процесс (см.

рис. 1.15, в), при котором за счет подвода теплоты q

и уменьшения массы груза т совершается работа,

а температура газа не изменяется (при этом, конечно,

будут изменяться давление и удельный объем).

Такой процесс называют изотермиче ским. Изо-

термические процессы характерны для изменения

фазового состояния среды, например, испарения

воды или конденсации пара.

Рассмотренные термодинамические процессы

очень удобно изображать графически в различных

координатах — чаще всего в координатах Т—s и h—s.

Площадь под кривой процесса, изображенного в

координатах T—s, представляет собой подведен-

ную или отведенную теплоту q. Из рис. 1.16 видно,

что в изоэнтропном процессе теплота не подводит-

ся и не отводится, а при изотермическом процессе

подвод теплоты минимален.

Координаты h—s чаще всего используются для

изображения процессов, происходящих в паровой

турбине (см. ниже).

Рассмотренные выше элементарные термодина-

мические процессы превращения теплоты в работу

являются незамкнутыми и не могут обеспечить

непрерывный процесс перехода теплоты в работу.

Для этого должен быть осуществлен замкнутый

процесс — тепловой цикл, представленный в

общем виде на рис. 1.17 в координатах T—s. Верти-

кальные линии 1—5 и 2—6 представляют собой изо-

энтропы — линии постоянной энтропии. При про-

текании процесса 1—3—2, идущего с возрастанием

энтропии, к рабочему телу подводится теплота

пропорциональная площади фигуры 5—1—3—2—б.

На участке цикла 2—4—/ происходит отвод теплоты

в количестве пропорциональном площади фигуры

Рис. 1.16. Простейшие процессы в Т, s-диаграмме:

/ — изоэнтропа; 2 — изохора; 3 — изобара; 4 — изотерма

Рис. 1.17. Произвольный цикл теплового двигателя

§ 1 4] ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА 27

5—1—4—2—6. После завершения цикла в точке 1

внутренняя энергия и рабочего тела вернется

к прежнему состоянию, и поэтому разность коли-

честв теплоты в соответствии с первым

законом термодинамики может превратиться только

в работу Очевидно, что работа про-

порциональна площади теплового цикла 1—3—2—

4—1.

Отношение работы цикла к затраченной теплоте

называется термическим коэффициентом

полезного действия:

(1.6)

Чем большая часть подведенной теплоты пре-

вращается в работу, тем более совершенным в тер-

модинамическом отношении является тепловой

двигатель. Термический КПД указывает предельно

возможное значение КПД теплового двигателя при

абсолютном совершенстве входящих в него агре-

гатов.

Из соотношения (1.6) для термического КПД

цикла следует, что он тем выше, чем меньшее коли-

чество теплоты отводится от рабочего тела. При

термический КПД Однако второй

закон термодинамики гласит, что периодически дей-

ствующий тепловой двигатель имеет термический

КПД, всегда меньший единицы. Это означает, что

тепловой двигатель обязательно должен иметь

не только источник теплоты и устройство, преобра-

зующее ее в работу, но и потребитель теплоты,

который будет поглощать часть подведенной теплоты,

не превращая ее в работу. В рассмотренных в § 1.2

паротурбинных установках (ПТУ) роль источника

теплоты играет ядерный реактор, устройства, пре-

образующего теплоту в работу, — турбина, потре-

бителя теплоты — конденсатор.

Наибольший термический КПД при зафиксиро-

ванных температурах источника теплоты и тепло-

приемника имеет цикл Карно (рис. 1.18), состоящий

из двух изотерм и двух изоэнтроп. В цикле Карно

рабочее тело сжимается изоэнтропно (процесс 4—7),

и затем к нему при постоянной температуре (изо-

термически) подводится теплота

Изоэнтропный процесс 2—3 изображает превра-

щение запасенной потенциальной энергии в работу;

наконец, в изотермическом процессе сжатия 3—4

происходит отвод теплоты к теплоприемнику.

Так как для цикла Карно подведенная теплота

(см. рис. 1.18)

а отведенная

то термический КПД цикла Карно

(1.7)

Применительно к ПТУ это означает, что чем

ниже температура конденсации пара и чем выше

температура перед турбиной, тем выше термиче-

ский КПД ПТУ.

Температура пара перед турбиной ограничивает-

ся различными факторами, например, невозможно-

стью получения пара высоких параметров в реак-

торе или экономическими соображениями. Темпе-

ратура конденсации пара определяется в первую

очередь климатическими условиями, так как она не

может быть ниже температуры охлаждающей воды,

поступающей в конденсатор. Если принять, что

температура за парогенератором (см. рис. 1.12) Т

= 275 °С = 548 К, а Т

= 273 + 15 °С = 288 К, то тер-

мический КПД цикла Карно для АЭС, если бы его

можно было осуществить, составил бы

В действительности реальный тепловой цикл

ПТУ отличается от цикла Карно и его термический

КПД оказывается существенно ниже.

1.4. Термодинамические

свойства воды и водяного пара

1.4.1. Вода и насыщенный пар

Вода и водяной пар являются рабочим телом

ПТУ. Их свойства в значительной степени опреде-

ляют конструкцию паровой турбины и других эле-

ментов ПТУ.

Вода — это практически несжимаемая жид-

кость: при изменении давления в широких пределах

ее удельный объем практически не изменяется

(см. величину в табл. 1.4) и может приниматься

равным 1000 м

/кг.

p, кПа

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

350

400

t, °C

6,982

13,034

17,511

21,094

24,098

26,692

28,981

32,90

36,18

39,02

41,53

43,79

45,83

49,45

52,58

55,34

57,83

60,09

64,99

69,12

75,89

81,35

85,95

89,96

93,51

96,71

99,63

104,81

109,32

113,32

116,93

120,23

123,27

126,09

128,73

131,20

133,54

138,88

143,62

υ', Μ /кг

0,0010001

0,0010006

0,0010012

0,0010020

0,0010027

0,0010033

0,0010040

0,0010052

0,0010064

0,0010074

0,0010084

0,0010094

0,0010102

0,0010119

0,0010133

0,0010147

0,0010160

0,0010174

0,0010199

0,0010223

0,0010265

0,0010301

0,0010333

0,0010361

0,0010387

0,0010412

0,0010434

0,0010476

0,0010513

0,0010547

0,0010579

0,0010608

0,0010636

0,0010663

0,0010688

0,0010712

0,0010735

0,0010799

0,0010839

Термодинамические свойства воды и ι

υ", м

/кг

129,21

87,98

67,01

54,26

45,67

39,48

34,80

28,20

23,74

20,53

18,11

16,21

14,68

12,36

10,70

9,435

8,447

7,652

6,206

5,231

3,995

3,241

2,733

2,366

2,088

1,870

1,695

1,4289

1,2370

1,0917

0,9777

0,8859

0,8103

0,7468

0,6929

0,6464

0,6059

0,5243

0,4624

h\ кДж/кг

29,3

54,7

73,45

88,44

101,0

111,8

121,4

137,8

151,5

163,4

173,9

183,3

191,8

206,9

220,0

231,6

242,0

251,5

272,0

289,3

317,6

340,6

359,9

376,8

391,7

405,2

417,5

439,4

458,4

475,4

490,7

504,7

517,6

529,6

540,9

551,4

561,4

584,3

604,7

h", кДж/кг

2513,8

2525,0

2533,2

2539,7

2545,2

2549,9

2554,1

2561,2

2567,1

2572,2

2576,7

2580,8

2584,4

2590,9

2596,4

2601,3

2605,7

2609,6

2618,1

2625,3

2636,8

2646,0

2653,6

2660,2

2660,0

2671,1

2675,7

2683,8

2690,8

2696,8

2702,1

2706,9

2711,3

2715,3

2719,0

2722,3

2725,5

2732,5

2738,5

r, кДж/кг

2484,5

2470,3

2459,8

2451,3

2444,2

2438,1

2432,7

2423,4

2415,6

2408,8

2402,8

2397,5

2392,6

2384,0

2376,4

2369,7

2363,7

2358,1

2346,1

2336,0

2319,2

2305,4

2293,7

2283,4

2274,3

2265,9

2258,2

2244,4

2232,4

2221,4

2211,4

2202,2

2193,7

2185,7

2178,1

2170,9

2164,1

2148,2

2133,8

водяного пара в состоянии насыщения

р, МПа

0,45

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

3,5

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

• 16,0

18,0

20,0

22,0

t, °С

147,92

151,85

158,80

164,96

170,42

175,36

179,9

184,1

188,0

191,6

195,0

198,3

201,4

204,3

207,1

209,8

212,4

217,2

221,8

226,0

230,0

233,8

242,5

250,3

263,9

275,6

285,8

295,0

303,3

311,0

318,0

324,6

330,8

336,0

347,3

357,0

365,7

373,7

υ', м /кг

0,0010885

0,0010928

0,0011009

0,0011082

0,0011150

0,0011213

0,001127

0,001133

0,001139

0,001144

0,001149

0,001154

0,001159

0,001163

0,001168

0,001172

0,001177

0,001185

0,001193

0,001201

0,001209

0,001216

0,001235

0,001252

0,001286

0,001319

0,001351

0,001384

0,001418

0,001453

0,001489

0,001527

0,001567

0,001610

0,001710

0,001838

0,002038

0,002675

υ", м

/кг

0,4139

0,3748

0,3156

0,2727

0,2403

0,2148

0,1943

0,1774

0,1632

0,1511

0,1407

0,1317

0,1237

0,1166

0,1103

0,1046

0,0995

0,0906

0,0832

0,0769

0,0714

0,0666

0,0570

0,0497

0,0394

0,0324

0,0273

0,02349

0,02046

0,01800

0,0160

0,0143

0,0128

0,0115

0,00933

0,00753

0,00587

0,00376

h' кДж/кг

623,2

640,1

670,4

697,1

720,9

742,6

762,6

781,1

798,4

814,7

830,1

844,7

858,6

871,8

884,6

896,8

908,6

930,9

951,9

971,7

990,5

1008,4

1049,8

1087,5

1154,6

1213,9

1267,7

1317,5

1364,2

1408,6

1451,2

1492,6

1533,0

1572,8

1561,5

1733,4

1828,8

2007,7

Таблица 1.4

h", кДж/кг

2743,8

2748,5

2756,4

2762,9

2768,4

2773,0

2777,0

2780,4

2783,4

2786,0

2788,4

2790,4

2792,2

2793,8

2795,1

2796,4

2797,4

2799,1

2800,4

2801,2

2801,7

2801,9

2801,3

2799,4

2792,8

2783,3

2771,4

2757,5

2741,8

2724,4

2705,4

2684,8

2662,4

2638,3

2582,7

2514,4

2413,8

2192,5

r, кДж/кг

2120,6

2108,4

2086,0

2065,8

2047,5

2030,4

2014,4

1999,3

1985,0

1971,0

1958,3

1945,7

1933,6

1922,0

1910,5

1899,6

1888,8

1868,2

1848,5

1829,5

1811,2

1793,5

1751,5

1711,9

1638,2

1569,4

1503,7

1440,0

1377,6

1315,8

1254,2

1192,2

1129,4

1065,5

931,2

781,0

585,0

184,8