Конденсационные установки и системы технического водоснабжения АЭС

Конденсационные установки и системы технического водоснабжения АЭС. Замкнутый цикл АЭС предопределяет необходимость конденсации отработанного пара в конденсаторе и возвращение конденсата в контур. Чем больше разность температуры пара на входе в турбину и выходе из нее, тем выше ее КПД. Так как температура зависит от давления, то в конденсаторах турбин необходимо поддерживать разрежение. Конструктивная схема поверхностного конденсатора и принципиальная схема конденсационной установки приведены на рис. 1.18.

Рис. 1.18. Схема конденсационной установки (а) и конструктивная схема поверхностного конденсатора (б): 1 — поверхностный конденсатор; 2— циркуляционный насос; 3 — конденсатный насос; 4 — пароструйный эжектор; 5— фланец для присоединения к выхлопу турбины; 6 — охлаждающие трубы; 7— трубные доски; 8 — сборник конденсата

Охлаждение отработанного пара осуществляется прокачкой циркуляционным насосом через трубки конденсатора охлаждающей технической (не обессоленной) воды. Пар, проходя в межтрубном пространстве, конденсируется и направляется конденсатным насосом в контур.

Конденсатор должен быть герметичным во избежание подсоса воздуха из окружающей среды. Образовавшийся конденсат при хорошей плотности трубок охлаждающей системы является дистиллятом. Для поддержания в конденсаторе разрежения применяют специальные воздухоотсасывающие устройства — паровоздушные эжекторы. Их работа основана на том, что при выходе из рабочего сопла конденсатора рабочий пар (часто отобранный из турбин) увлекает за собой паровоздушную смесь из конденсатора турбины, создавая в ней разрежение.

В конденсаторы одноконтурных АЭС поступает определенное количество продуктов радиолиза, а также радиоактивных газов. Так, расчетная удельная активность конденсаторов турбин реактора РБМК-1000 Ленинградской АЭС, обусловленная кислородной активностью, составляет 13,3 * 10⁴ Бк/л (3,59 * І0^-6 Ки/л). Поэтому отсос газовой смеси из конденсаторов двухконтурных АЭС осуществляется непосредственно в атмосферу, а одноконтурных — через систему спецвентиляции. Образовавшийся в конденсаторе дистиллят насыщен кислородом. Частичное удаление кислорода из конденсатора возможно путем прокачки пара через конденсат в сборнике конденсата (рис. 1.18), т. е. организацией барботажа конденсата.

К конденсационным установкам АЭС наряду с общими требованиями (обеспечение глубокой конденсации и деаэрации конденсата) предъявляются и особые требования, например возможность приема пара, сбрасываемого из реакторов или парогенераторов при аварийных режимах, а также при необходимости расхолаживания реакторов. Это обстоятельство определяет особенности конструктивного решения конденсаторов АЭС, зависящие от типа реактора, времени и режима его расхолаживания.

Вода для охлаждения конденсаторов забирается циркуляционными насосами из расположенных вблизи электростанции естественных источников водоснабжения (река, море, озеро) или из искусственных водоемов (водохранилища, бассейны). Если сброс этой технической воды из конденсатора осуществляется в естественный водоем, система водоснабжения называется прямоточной.

При использовании искусственных источников водоснабжения вода из конденсаторов направляется в специальные устройства: пруды-охладители, брызгальные бассейны, градирни. После охлаждения в них вода вновь подается в конденсаторы. Такая система водоснабжения называется оборотной.

Расход воды и режим водоснабжения зависят от мощности и типа турбин, а также от принятой системы водоснабжения АЭС. Чем ниже параметры пара на входе в турбину, тем больше воды требуется для охлаждения турбоагрегата на 1 кВт*ч производимой электроэнергии.

Современные атомные электростанции, на которых наиболее широкое применение нашли турбины, работающие на насыщенном паре невысокого давления, требуют очень большого расхода технической воды на охлаждение. Расход воды также зависит от температуры охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор турбины. Зимой в центральных районах страны расход воды при прямоточной системе водоснабжения снижается на 50—60% по сравнению с летними месяцами.

Если для охлаждения используется высокоминерализованная морская вода, приходится использовать дополнительные теплообменники, в которых морская вода, двигаясь по разомкнутому контуру, отводит тепло от технической воды, предназначенной для охлаждения агрегатов атомной электростанции и циркулирующей по замкнутому контуру.

Система охлаждения конденсатора выбирается в зависимости от конкретных климатических условий и наличия источников водоснабжения. Например, для средней полосы СССР допустимая удельная гидравлическая нагрузка на 1 м² активной площади водохранилищ-охладителей при нагреве циркуляционной воды в конденсаторах паротурбинных установок на 8—10 °С составляет 0,05 м³/(м²*ч), для брызгальных бассейнов в тех же атмосферных условиях при капельном оросителе 0,8—1 м³/(м²*ч) и при пленочном оросителе — до 6—7 м³/(м²*ч). Для наиболее эффективных и дорогих вентиляторных градирен допускаемая гидравлическая нагрузка составляет 8—10 м³/(м²*ч).

Прямоточная система водоснабжения на 15—25% дешевле оборотной, но ее применение возможно только при сооружении АЭС вблизи крупных источников водоснабжения. Возможность водоснабжения по прямоточной системе определяется также условиями Госрыбнадзора: температура воды в водоеме не должна повышаться за счет сбросов в летний период более чем на 5°С, а в зимний — на 3°С, при этом минимальные расходы реки в меженный период должны превышать потребность электростанции в воде не менее чем в 2—3 раза.

Подвод технической воды может осуществляться по замкнутым водоводам или по подводящему каналу при равнинном рельефе и больших расходах. Отвод воды может осуществляться также по каналу, причем сброс воды должен производиться на расстоянии не менее 40 м от водозабора (рис. 1.19). Перепускной канал служит для перепуска горячей воды на водозабор в зимний период для борьбы с шугой.

Рис. 1.19. Схема водоснабжения с использованием рек и водоемов: 1 — течение в реке при прямоточной схеме: 2 —течение в пруде-охладителе при оборотной схеме; 3 — сетчатый фильтр; 4— циркуляционные насосы; 5 — напорный водовод; 6 — сливной сифонный колодец; 7 — отводящий водовод; 8 —переключательный колодец; 9 — отводящий канал; 10 — водоотвод; 11 — перепускной сливной канал; 12 — конденсаторы турбин

Оборотная система водоснабжения находит широкое применение при строительстве крупных конденсационных АЭС в густонаселенных районах при отсутствии надежных источников водоснабжения, а также при строительстве вблизи населенных пунктов.

При оборотной системе водоснабжения безвозвратные потери воды, которые должны восполняться извне, составляют от общего расхода циркуляционной воды: для градирен 4—5, для брызгальных бассейнов 5—6, для прудов-охладителей 0,7—0,8%.

Наиболее широкое применение для оборотной системы водоснабжения мощных АЭС находят пруды-охладители. Для увеличения относительной площади охлаждения пруда- охладителя устраиваются специальные струенаправляющие дамбы, отклоняющие потоки сбросных вод из конденсаторов от водоприемных устройств.

Глубина пруда-охладителя должна быть не менее 3 м, причем необходимо предусмотреть возможность его восполнения за счет впадающих ручьев или ключей или путем искусственной подачи воды. Если создать пруд- охладитель невозможно, применяют оборотное водоснабжение с использованием градирен с искусственной или естественной тягой воздуха. В градирнях с искусственной тягой циркуляция воздуха обеспечивается вентилятором, что позволяет уменьшить их высоту.

Принципиальная схема оборотного водоснабжения с градирней приведена на рис.1.20. В зависимости от способа, которым достигается увеличение поверхности контакта охлаждаемой воды с воздухом, градирни подразделяются на капельные и пленочные. Наибольшее распространение на крупных АЭС получили пленочные градирни, имеющие лучшие технико-экономические показатели по сравнению с капельными и тем более с брызгальными бассейнами.

Рис. 1.20. Схема циркуляции воды при оборотной системе водоснабжения с башенной градирней: 1 — напорный водовод; 2 — желоб со сливными трубами; 3 — разбрызгивающие розетки; 4 — решетки; 5 — сборный бассейн; 6—вытяжная башня; 7 — водоотводящий канал; 8 — водоприемный колодец; 9 — продувка; 10 — ввод хлорной извести; 11—указатель уровня; 12 — приемный клапан насоса; 13 — циркуляционный насос; 14 — конденсатор турбины

При необходимости строительства АЭС в безводных районах применяют системы с охлаждением воды в градирнях Геллера или вентиляторных градирнях. Расходы воды на подпитку таких систем охлаждения гораздо меньше, чем при обычных способах охлаждения, но эффективность охлаждения снижается и соответственно снижается выработка электроэнергии на АЭС и резко возрастает расход электроэнергии, потребляемой оборотными системами. В этом случае наряду с оборотной системой может применяться смешанная система водоснабжения, в меженные периоды часть теплой воды сбрасывается в реку выше водозабора и после смешивания с холодной речной водой снова подается на электростанцию.

Техническая вода на АЭС необходима для охлаждения не только конденсаторов турбин, но и другого оборудования. В тех случаях, когда оборудование входит в систему обеспечения безопасности электростанции, к надежности подачи охлаждающей воды предъявляются особые требования. Гарантированная подача воды в аварийных режимах и при обесточивании электростанции обеспечивается установкой аварийных насосов технической воды — по три независимые группы на каждый энергоблок.

Для предупреждения одновременного выхода из строя всех насосов при пожаре каждая группа насосов устанавливается в изолированных помещениях. Все аварийные насосы технического водоснабжения подключаются к надежному энергопитанию от дизельной электростанции. Степень надежности подачи воды должна быть очень высока, поэтому в случае аварии гидротехнических сооружений, которая может привести к потере воды в основном источнике, необходимо обеспечить подвод воды от резервного источника водоснабжения.