КИПЯЩИЙ КОРПУСНОЙ ВОДО-ВОДЯНОЙ РЕАКТОР Российский патент 1994 года по МПК G21C1/08 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных электростанциях, атомных теплоэлектроцентралях и атомных станциях теплоснабжения.

Известен кипящий корпусной водоводяной реактор с естественной циркуляцией теплоносителя, снабженный корпусом, крышкой, активной зоной, тяговым участком, переливом, опускным каналом, питательными устройствами и системой управления и защиты (СУЗ) 1. В активной зоне реактора генерируют насыщенный пар, который вместе с циркулирующим теплоносителем направляют в общий тяговый участок. Основную массу пара двухфазного потока из тягового участка направляют на зеркало испарения и в паровое пространство для гравитационной сепарации. Часть пара из тягового участка не отделяется на зеркале испарения и он сносится (захватывается) циркулирующим теплоносителем в опускной канал. Захваченный в опускной канал пар конденсируют питательной водой, подаваемой в тороидальный коллектор через штуцера, расположенные на цилиндрической части корпуса реактора непосредственно после выхода теплоносителя из перелива. Тороидальный коллектор имеет перфорацию для раздачи питательной воды поперек циркулирующего теплоносителя с целью компенсации убыли теплоносителя в реакторе из-за его парообразования в активной зоне и конденсации захваченного пара. Патрубки СУЗ с приводами и штангами расположены на днище корпуса реактора. Кипящий корпусной водоводяной реактор обладает рядом характерных недостатков, обусловленных, в частности, захватом пара циркулирующим теплоносителем в опускной канал, его конденсацией питательной водой с последующим соответствующим дополнительным увеличением паропроизводительности активной зоны, снижающих надежность и безопасность реактора и обусловливающих вероятность опрокидывания циркуляции теплоносителя в периферийных кассетах активной зоны с низкими тепловыми потоками.

Известен кипящий корпусной водоводяной реактор с естественной циркуляцией теплоносителя, снабженный корпусом, крышкой, активной зоной, тяговым участком, переливными окнами, горячим и холодным опускными каналами, питательными устройствами и СУЗ.

В активной зоне реактора генерируют насыщенный пар, который вместе с циркулирующим теплоносителем направляют в общий тяговый участок. Основную массу пара двухфазного потока из тягового участка направляют на зеркало испарения и в паровое пространство для гравитационной сепарации. Часть пара из тягового участка не отделяется на зеркале испарения, и он сносится (захватывается) циркулирующим теплоносителем в горячий и холодный опускной каналы через переливные окна, расположенные на цилиндрической обечайке. Опускной канал и активная зона реактора секционированы, питательная вода с помощью двух устройств распределена между горячим и холодным опускными каналами для компенсации убыли теплоносителя в реакторе из-за его парообразования и для конденсации захваченного пара. Для повышения надежности циркуляции теплоносителя в активной зоне и обеспечения надежного охлаждения периферийных кассет с низкими тепловыми потоками они соединены с горячим опускным каналом и переведены в режим парообразования и устойчивого подъемного движения теплоносителя.

Питательная вода подведена к двум встроенным в корпус реактора тороидальным коллекторам с помощью штуцеров, расположенных на корпусе вблизи переливных окон. Для раздачи питательной воды в опускные каналы коллекторы снабжены вертикальными трубками, выходные наклонные участки которых расположены ниже переливных окон и снабжены перфорацией для раздачи питательной воды поперек циркулирующего теплоносителя. Патрубки СУЗ с приводами и штангами расположены на крышке корпуса реактора.

Известный кипящий корпусной водоводяной реактор обладает рядом недостатков, снижающих его надежность и безопасность:
ухудшенная теплофизика активной зоны, обусловленная захватом пара в опускной канал и его конденсацией питательной водой с соответствующим дополнительным увеличением паропроизводительности активной зоны;
минимальный аварийный запас теплоносителя в корпусе реактора из-за двухфазности потока в тяговом участке и дополнительного увеличения паропроизводительности активной зоны и низкого положения уровня воды над переливными окнами;
ухудшенная гидродинамика теплоносителя в контуре циркуляции из-за недостаточно эффективной конденсации захваченного пара питательной водой,
ограниченный уровень регенеративного подогрева питательной воды из-за необходимости эффективной конденсации захваченного пара;
повышенная опасность нарушения циркуляции теплоносителя и охлаждения кассет активной зоны при cнижении уровня воды и разрушении штуцеров питательной воды, расположенных на корпусе реактора в районе переливных окон,
недостаточная эффективность гидравлически короткого тягового участка;
ограниченная мощность реактора из-за низких значений приведенной скорости пара на зеркале испарения при гравитационной сепарации влаги в паровом пространстве.

Задачей изобретения является повышение надежности и безопасности кипящего корпусного водоводяного реактора за счет уменьшения захвата пара циркулирующим теплоносителем в опускной канал, увеличения аварийного запаса теплоносителя в корпусе и снижения риска обезвоживания активной зоны.

Поставленная задача достигается тем, что в кипящем корпусном водоводяном реакторе, содержащем активную зону из параллельных парогенерирующих кассет, тяговый участок над активной зоной, переливные окна, соединяющие тяговый участок с горячим и холодным опускными каналами, разделенные между собой обечайкой и распределительной камерой, расположенной под активной зоной, устройства для раздачи питательной воды в опускные каналы с помощью вертикальных перфорированных труб, тяговый участок выполнен в виде индивидуальных тяговых труб над кассетами активной зоны, укрепленных в трубной решетке с закраиной, образующей ловушку захваченного пара с отводящими трубками, над трубной решеткой по ее периметру размещена коническая обечайка с переливными окнами, а ниже, между корпусом и трубной решеткой, расположена входная камера горячего и холодного опускных каналов с дефлектором, при этом дефлектор размещен по периметру корпуса в виде вогнутой перфорированной поверхности, радиус кривизны которой определен расстоянием от корпуса реактора до закраины трубной решетки, а верхняя кромка дефлектора примыкает к корпусу в районе закраины трубной решетки, горячий опускной канал образован наружными стенками индивидуальных тяговых труб активной зоны и разделительной обечайкой с распределительной камерой и отверстиями в нижней ее части, расположенной под периферийными кассетами активной зоны с низкими тепловыми потоками, холодный опускной канал образован корпусом реактора и разделительной обечайкой с распределительной камерой, при этом выходные вертикальные участки раздающих питательных труб с перфорацией в сторону холодного опускного канала размещены между дефлектором и торцом разделительной обечайки, реактор дополнительно снабжен щитом с закраиной и безбарботажными насадками в виде труб с завихрителями и перфорацией для отвода влаги в слой воды между насадками, при этом нижняя кромка закраины щита примыкает к верхнему большому основанию конической обечайки с переливными окнами, а под щитом в пространстве между его закраиной и нижними входными перфорированными участками безбарботажных насадок размещены выходные концы отводящих трубок ловушки захваченного пара, при этом уровень воды в межтрубном пространстве щита с закраиной и безбарботажными насадками расположен выше конической обечайки с переливными окнами, но ниже перфорации в верхней части безбарботажных насадок щита.

Использование в кипящем корпусном водоводяном реакторе новой компоновки контура естественной циркуляции теплоносителя, активной зоны с индивидуальными тяговыми трубами, конической обечайкой с переливными окнами, входной камеры с перфорированным дефлектором, горячего и холодного опускных каналов, образованных корпусом, стенками индивидуальных тяговых труб, разделительной обечайкой с распределительной камерой с отверстиями в нижней ее части, ловушки захваченного пара с отводящими трубками, раздающих труб питательной воды с перфорацией выходных участков в сторону холодного опускного канала, щита с закраиной и безбарботажными насадками в виде труб с завихрителями и перфорацией, расположенного выше переливных окон конической обечайки, устраняет перечисленные выше недостатки и приводит к повышению надежности и безопасности кипящего корпусного водоводяного реактора за счет предотвращения захвата пара циркулирующим теплоносителем в опускные каналы, увеличения аварийного запаса теплоносителя в корпусе и снижения риска обезвоживания активной зоны.

Сущность изобретения объясняется чертежом, на котором приведена схема кипящего корпусного водоводяного реактора с естественной циркуляцией теплоносителя.

Реактор состоит из корпуса 1 с крышкой 2 и штуцерами питательной воды 3, в корпусе 1 размещена активная зона 4, над кассетами которой установлены индивидуальные тяговые трубы 5. Верхние концы индивидуальных тяговых труб 5 объединены трубной решеткой 6 с закраиной 7 и образуют ловушку 8 захваченного пара.

На трубной решетке 6 размещены отводящие трубки 9, а над ней по ее периметру расположена коническая обечайка с переливными окнами 10. Закраина 7, дефлектор 11 и корпус 1 образуют входной участок 12 горячего 13 и холодного 14 опускных каналов.

Дефлектор 11 в виде вогнутой перфорированной поверхности, радиус кривизны которой определен расстоянием от корпуса 1 до закраины 7 трубной решетки 6, размещен ниже переливных окон конической обечайки 10, а его верхняя кромка примыкает к корпусу 1 на уровне закраины 7.

Горячий опускной канал 13 образован стенками индивидуальных тяговых труб 5, активной зоны 4 и разделительной обечайкой 15 с распределительной камерой 16 и отверстиями 17 на нижней ее части. Распределительная камера 16 расположена под периферийными кассетами активной зоны 4 с низкими тепловыми потоками.

Холодный опускной канал 14 образован корпусом 1 реактора, разделительной обечайкой 15 и стенкой распределительной камеры 16.

Между дефлектором 11 и торцом разделительной обечайки 15 размещены выходные вертикальные участки, раздающих труб 18 питательной воды с перфорацией в боковой поверхности, обращенной в сторону холодного опускного канала 14.

Реактор дополнительно снабжен щитом 19 с закраиной и безбарботажными насадками в виде труб с завихрителями и перфорацией 20 выше завихрителей для отвода влаги на уровень 21 в слой воды между насадками 20 и корпусом 1 в кольцевой зазор 22 между закраиной щита 19 и корпусом 1.

Уровень 21 расположен в районе завихрителей насадок 20, но не выше их перфорации.

Под щитом 19 в пространстве между его закраиной и входными перфорированными участками безбарботажных насадок 20 размещены выходные концы отводящих трубок 9.

Над щитом 19 выше насадок 20, но ниже паровых патрубков 23 размещен потолочный дырчатый щит 24.

На днище корпуса 1 расположены патрубки 25 СУЗ с приводами и штангами 26.

Кипящий корпусной водоводяной реактор работает следующим образом.

В активной зоне 4 генерируют насыщенный пар, который вместе с циркулирующим теплоносителем отводят в индивидуальные тяговые трубы 5. Над трубной решеткой 6 двухфазный поток разделяют, и теплоноситель через переливные окна конической обечайки 10 направляют вместе с захваченным паром в входную камеру 12 с дефлектором 11 и далее в горячий и холодный опускные каналы 13 и 14.

Движение двухфазного потока над трубной решеткой 6 до переливных окон конической обечайки 10 увеличивает длину пути теплоносителя с паром и снижает количество захваченного пара в входную камеру 12. При повороте циркулирующего теплоносителя с захваченным паром на дефлекторе 11 производят перераспределение фаз в теплоносителе под действием центробежных сил.

Под действием этих центробежных сил и гидростатического столба над дефлектором 11 через его перфорацию отводят часть циркулирующего теплоносителя в холодный опускной канал 14 и далее в активную зону 4. Вторую часть теплоносителя с захваченным паром после дефлектора направляют в горячий опускной канал 13 в пространство между индивидуальными тяговыми трубами 5 и проводят сепарацию захваченного пара в результате действия архимедовых сил и направляют его в ловушку 8. Теплоноситель без захваченного пара направляют далее в горячий опускной канал 13, распределительную камеру 16 и в периферийные кассеты активной зоны 4 и переводят их в режим парообразования и устойчивого подъемного движения теплоносителя.

Отверстия 17 на распределительной камере 16 используют для перераспределения теплоносителя между горячим и холодным опускными каналами и обеспечения охлаждения кассет активной зоны 4 при аварийных ситуациях, например при существенном снижении уровня воды в корпусе 1 реактора (например, ниже верхней кромки обечайки 15).

Основной поток пара из индивидуальных тяговых труб 5, кроме захваченного циркулирующим теплоносителем в входную камеру 12 горячего и холодного опускных каналов 13 и 14 направляют под щит с закраиной и безбарботажными насадками 19, где он вместе с захваченным паром из ловушки 8 образует паровую подушку, и равномерно раздают в насадки с завихрителями 20 для сепарации влаги и отвода ее через их перфорацию на уровень 21 в кольцевом зазоре 22, откуда сепарат поступает в общий поток циркулирующего теплоносителя за переливными окнами конической обечайки 10.

Поток пара после щита с закраиной и безбарботажными насадками 19 дополнительно осушают в объеме перед потолочным дырчатым щитом 24 и через паровые патрубки 23 отводят из реактора.

В процессе эксплуатации кипящего корпусного водоводяного реактора компенсацию изменения реактивности при выгорании топлива, вывод реактора на мощность и его останов выполняют с помощью стержней СУЗ, штанги 25 которых введены в патрубки 26, расположенные на днище корпуса 1 реактора.

Технико-экономический эффект изобретения определяется совокупностью положительных признаков, повышающих надежность и безопасность кипящего корпусного водоводяного реактора за счет предотвращения захвата пара циркулирующим теплоносителем в горячий и холодный опускные каналы, увеличения аварийного запаса теплоносителя в корпусе и снижения риска обезвоживания активной зоны. Технико-экономический эффект достигается в результате оптимальной компоновки контура естественной циркуляции теплоносителя и применения активной зоны с индивидуальными тяговыми трубами, конической обечайки c переливными окнами, входной камеры с перфорированным дефлектором, горячего и холодного опускных каналов, образованных корпусом реактора, стенками индивидуальных тяговых труб, разделительной обечайкой с распределительной камерой и отверстиями в нижней ее части, ловушки захваченного пара с отводящими трубками, раздающих труб питательной воды с перфорацией выходных участков в сторону холодного опускного канала, щита с закраиной и безбарботажными насадками, расположенного под уровнем воды таким образом, что перфорационные отверстия в верхней части насадок находятся выше номинального уровня воды в корпусе реактора.

Кипящий корпусной водо-водяной раствор содержит активную зону из параллельных парогенерирующих кассет, тяговый участок над активной зоной, а также холодный и горячий опускные каналы, отделенные друг от друга разделительной обечайкой с разделительной камерой, расположенной под активной зоной. Тяговый участок выполнен в виде индивидуальных тяговых труб над парогенерирующими кассетами. Тяговые трубы укреплены в трубной решетке с закраиной, образующей ловушку захваченного пара с отводящими трубками. Тяговый участок соединен с входной камерой горячего и холодного опускных каналов переливными окнами, выполненными в конической обечайке, установленной над трубной решеткой по ее периметру. В упомянутой входной камере между корпусом реактора и трубной решеткой по периметру корпуса размещен дефлектор, выполненный в виде вогнутой перфорированной поверхности, радиус кривизны которой определен расстоянием от корпуса до закраины трубной решетки. Верхняя кромка дефлектора примыкает к корпусу реактора на уровне закраины трубной решетки. Устройство для раздачи питательной воды выполнено в виде труб с вертикальными концевыми участками, имеющими на боковой поверхности выходные перфорационные отверстия со стороны холодного опускного канала и размещенными между дефлектором и торцем разделительной обечайки. В нижней части распределительной камеры выполнены отверстия. Реактор снабжен также щитом с закраиной и безбарботажными насадками в виде труб с завихрителями и перфорацией в верхней части для отвода отсепарированной влаги. Нижняя кромка закраины щита примыкает к верхнему большому основанию конической обечайки с переливными окнами. Под щитом в пространстве между ее закраиной и нижними входными перфорированными участками безбарботажных насадок размещены выходные концы отводящих трубок ловушки захваченного пара. Щит с закраиной установлен ниже номинального уровня воды в корпусе реактора. 1 ил.

КИПЯЩИЙ КОРПУСНОЙ ВОДО-ВОДЯНОЙ РЕАКТОР, содержащий активную зону, набранную из параллельных парогенерирующих кассет, тяговый участок над активной зоной, холодный опускной канал, образованный корпусом реактора и разделительной обечайкой с распределительной камерой под активной зоной, горячий опускной канал, образованный разделительной обечайкой с распределительной камерой, расположенной под периферийными кассетами, и наружной поверхностью тягового участка, а также переливные окна, соединяющие тяговый участок с горячим и холодным опускными каналами, и устройство для раздачи питательной воды в опускные каналы, отличающийся тем, что тяговый участок выполнен в виде индивидуальных тяговых труб над парогенерирующими кассетами, тяговые трубы укреплены в трубной решетке с закраиной, образующей ловушку захваченного пара с отводящими трубками, над трубной решеткой по ее периметру размещена коническая обечайка с переливными окнами, а ниже между корпусом и трубной решеткой расположена входная камера горячего и холодного опускных каналов с дефлектором, при этом дефлектор размещен по периметру корпуса и выполнен в виде вогнутой перфорированной поверхности, радиус кривизны которой определен расстоянием от корпуса реактора до закраины трубной решетки, а ее верхняя кромка примыкает к корпусу на уровне закраины трубной решетки, устройство для раздачи питательной воды выполнено в виде труб с вертикальными концевыми участками, имеющими на боковой поверхности выходные перфорационные отверстия со стороны холодного опускного канала и размещенными между дефлектором и торцем разделительной обечайки, а в нижней части распределительной камеры выполнены отверстия, дополнительно реактор снабжен щитом с закраиной и безбарботажными насадками в виде труб с завихрителями и перфорацией в верхней части для отвода отсепарированной влаги, причем нижняя кромка закраины щита примыкает к верхнему большому основанию конической обечайки с переливными окнами, а под щитом в пространстве между его закраиной и нижними входными перфорированными участками безбарботажных насадок размещены выходные концы отводящих трубок ловушки захваченного пара, при этом щит с закраиной установлен ниже номинального уровня воды таким образом, что перфорация в верхней части безбарботажных насадок расположена выше номинального уровня воды в корпусе реактора.