5вопрос

АТОМНЫЕ СТАНЦИИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Наряду с АТЭЦ разрабатываются также атомные станции теплоснабжения (ACT) для целей теплоснабжения без производства электроэнергии. По сравнению с АТЭЦ они имеют определенные преимущества, требуя меньших площадей для размещения и меньших расходов технической воды ввиду отсутствия конденсаторов. Это облегчает подбор площадок вблизи городов, где практически нет легко отчуждаемых земель.

Ранее была показана значительная неравномерность тепловых нагрузок в течение года. Но реакторные установки ACT являются дорогостоящим оборудованием, поэтому они должны иметь возможно большее число часов использования. В связи с этим теплоснабжение такого района города, которое будет связано с ACT, рассматривается совместно от ядерного и от органического топлива. Предполагается возложить на ACT тепловую нагрузку, равную 50%. от максимальной, с тем чтобы полупиковую и пиковую часть нагрузки приняли бы котельные или ТЭЦ на органическом топливе, как это показано на Рис.1.

Рис.1. Участие в теплоснабжении котельной или ТЭЦ на органическом топливе (1) и ACT при работе двух (2) или одного (3) ее реакторов

Так как в эксплуатации возможны остановы реактора ACT как для планового ремонта, так

инепредвиденные, в установке приняты два реактора, тепловая мощность каждого из них составляет 25% от максимальной. Плановые ремонты реакторов и перегрузки топлива предполагаются в летние периоды, когда нагрузки снижаются до 25% и ниже.

Так как на ACT отсутствует выработка электроэнергии, то давление в реакторе может быть принято достаточно низким, что позволяет не только существенно удешевить оборудование, но и снять вопрос о необходимости значительного удаления от городов. Такие станции разрешается строить на расстоянии 2 км от перспективной черты строительства города (санитарно-защитная зона допускается размером 1 км).

На рис.2 представлена примерная тепловая схема АСТ-500, тепловой мощностью 500 МВт или 1800 ГДж/ч. Предварительные проработки показали нецелесообразность строительства ACT на меньшую мощность.

ЗадачаАСТ-500 — отпуск горячей воды для целей отопления. Компоновка первого контура принята интегральной, с размещением в верхней части корпуса реактора теплообменника 2, что делает установку более компактной. Число систем безопасности и петель промконтура каждого реактора принято равным трем. Каждая из петель имеет свои вспомогательные системы подпитки

иочистки. При разгерметизации или иных нарушениях в одной из петель теплообменника 2 две другие петли будут работать. Тем самым отпуск теплоты хотя и несколько уменьшится, но не прекратится.

Давление в промежуточном контуре принято меньшим, чем в реакторе, во избежание ухудшения качества воды реактора за счет перетока в нее воды промконтура. Это подчеркивает значимость очистной установки для воды промежуточного контура.

На рис.2 схема ACT выполнена трехконтурной. В соответствии с требованиями безопасности отпуска теплоты давление в промежуточном контуре выбрано меньшим, чем давление в теплосети. При этом возможен переток воды теплосети в промежуточный контур, но не переток из промежуточного контура в теплосеть. Реактор спроектирован заново, циркуляция в нем естественная; давление 1,6—2,0 МПа, что приводит к относительно малой толщине стенки его корпуса. Высота корпуса 20 м. Компоновка всей установки принята интегральной — в пространстве между стенкой корпуса и внутриреакторными устройствами расположен промежуточный теплообменник, воспринимающий теплоту от теплоносителя реактора для последующей передачи ее воде теплосети. Циркуляция воды в промежуточном контуре — принудительная.

Рис.2. Принципиальная тепловая схема АСТ:

1 — реактор; 2 — встроенный теплообменник промконтура; 3 — циркуляционный насос промконтура; 4 — компенсатор объема промконтура с предохранительным клапаном; 5 — теплообменник расхолаживания; 6 — защитная герметичная оболочка; 7 — обратный клапан; 8 — сетевой подогреватель; 9 — регулирующий клапан;

10 — локализирующая задвижка; 11 — насос теплосети; 12 — деаэратор подпитки; 13 — насос подпитки теплосети; 14 — насос подпитки промконтура; 15 — система

очистки продувки промконтура; 16 — насос спринклерной установки; /7 — система аварийного охлаждения реактора; 18 — деаэратор подпитки первого контура; 19 — насос подпитки первого контура; 20 — система байпасной очистки реакторной воды; 21 — система сжигания гремучей смеси; 22 — барботер; 23 — предохранительный клапан

Основной корпус реактора размещен во втором, страховочном, корпусе. Зазор между двумя корпусами выбран таким, чтобы в случае перетечки теплоносителя из основного контура в страховочный через неплотности активная зона реактора не оголялась. Активная зона рассчитана на длительность кампании в 6—7 лет с частичными перегрузками топлива 1 раз в 2 года. Обогащение подпитки зоны выбрано равным 1,6—1,8%, а глубина выгорания 14—15 кг-сут/т топлива. Хранится отработанное топливо в бассейне выдержки на территории ACT 4 года, после чего его вывозят.

Низкие параметры теплоносителя, малая напряженность активной зоны и наличие большого количества недогретой воды в корпусе делают работу реактора в переходных процессах более спокойной, а интегральная компоновка максимально сокращает трубопроводы больших диаметров. Диаметр трубопроводов петель промежуточного контура равен 500 мм. Вертикальный сетевой теплообменник каждой петли имеет поверхность около 4500 м2. Сетевая вода циркулирует в трубной системе теплообменников с расходом 5500 т/ч на блок.

Надежность охлаждения активной зоны реактора обеспечена и в условиях полного обесточивания ACT. В нормальной работе под давлением циркуляционного насоса промконтура (3 на рис.2 ) обратный клапан 7 закрыт; при обесточивании насос 3 останавливается, давление в промконтуре падает и клапан 7 открывается, обеспечивая естественную циркуляцию по контуру, включающему в себя активную зону и теплообменник расхолаживания.

Компоновочная схема реакторного отделения показана на рис. 3. Все оборудование реакторного контура заключено в герметичную железобетонную оболочку цилиндрической формы диаметром 33 м, вокруг которой имеется обстройка с размерами в плане 63X63 м. Расчетное давление под оболочкой в случае МПА принято 0,1 МПа. В обстройке расположены системы безопасности, аналогичные рассмотренным ранее, распредустройства, блочный и резервный щиты управления и другое вспомогательное оборудование.

На рис.4 показана схема генерального плана АСТ-500. Главный корпус включает в себя основные установки — два реакторных отделения, спецводоочистку, узел свежего топлива,

мастерские, вентиляционные установки, химводоочистку и инженерно-бытовое отделение. На отделении спецводоочистки установлена вентиляционная - труба с высотой до отметки 65 м.

Дальнейшее развитие ACT будет определяться опытом работы первых установок. Несмотря на предварительное экспериментальное и теоретическое изучение всех основных физических, гидродинамических и теплотехнических процессов в ACT, необходима и полномасштабная их проверка. Это, в частности, касается интенсивности естественной циркуляции, применение которой является большим достоинством реактора ACT.

Важны также задачи удешевления реакторной установки. Так, исследуется возможность выполнения оболочек твэлов из алюминиевых, а не циркониевых сплавов — температурные условия позволяют отказаться от дорогих циркониевых сплавов.

Рис. Характерные варианты двухконтурных тепловых схем блоков АЭС с газоохлаждаемыми реакторами: а — одного давления; б — с промежуточным перегревом; в

— двух давлений; г — с генерацией пара двух давлений и с одним потоком пара к турбине;

/ — реактор; 2 — парогенератор; 3 — паротурбинный агрегат; 4 — конденсатный насос; 5 — схема регенеративного подогрева питательной воды; 6 — питательный насос; 7 — циркуляционный насос (газодувка); 8 — барабан-сепаратор; 9 — циркуляционный насос парогенератора; 10 — паротурбинный привод газодувки

Рис. Принципиальная тепловая схема блока АЭС «Форт-Сент-Врейн»:

/ — реактор; 2 — газодувка; 3 — приводная паровая турбина; 4 — парогенератор; 5 — паротурбинный агрегат; 6 — пароохладители; 7 — ПНД; 8 — деаэратор; 9 — ПВД; 10 — конденсатоочистка; // — бак; 12 — очистка гелия; 13 — питательный насос