Способ интенсификации процессов в ядерном кипящем реакторе с естественной циркуляцией теплоносителя Советский патент 1991 года по МПК G21C15/18 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано при создании корпусных реакторов с кипящей водой и естествен ной циркуляцией теплоносителя.

Известны способы интенсификации процессов в кипящем ядерном реакторе с естественной циркуляцией теплоносителя, в котором с целью повышения безопасности реакторной установки и увеличения энергонапряженности реактора путем повышения устойчивости расхода теплоносителя в контуре циркуляции и нейтронного потока в активной зоне применяют дросселирование (шайбование) однофазного потока, т,е. со- здают окальное сужение и дополнительное гидравлическое сопротивление, например, на входе в активную зону, Способ позволяет повысить безопасность реакторной установки путем увеличения г дравлическои устойчивости 1.

Недостатком этого способа является уменьшение массового расхода жидкости вследствие добавочного гидравлического сопротивления и, как следствие, необходимость увеличения размера корпуса.

Наиболее близким к предлагаемому те/ ическому решению я аляется способ по- вьиь. ния устойчивости кипящего ядерного реактора с естественной циркуляцией теплоносителя, где с целью повышения безопасности реакторной установки и увеличения энергонапряженности реактора путем повышения устойчивости расхода теплоносителя в контуре циркуляции и ней-. тронного потока в активной зоне увеличивают жесткость компенсатора объема в сочетании с конденсацией пара на выходе

из тягового участка, Способ позволяет повысить безопасность реакторной установки путем увеличения гидравлической устойчивости 2.

Недостатком известного способа является то, что в известных ядерных кипящих реакторах поддерживается в корпусе давление более 1,5 МПа, которое приводит к незначительному паросодержанию в подъемном участке. Это приводит к уменьшению гидравлического напора контура естественной циркуляции, уменьшению массового расхода циркуляции и уменьшению устойчивости расхода теплоносителя в контуре и нейтронного потока в активной зоне и вследствие этого к понижению безопасности реакторной установки и уменьшению энергонапряженности реактора.

Целью изобретения является повышение безопасности реакторной установки и увеличение энергонапряженности реактора путем повышения массового расхода и повышения устойчивости расхода теплоносителя в контуре циркуляции v нейтронного потока в активной зоне.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу интенсификации процессов в ядерном реакторе с естественной циркуляцией теплоносителя, например воды, на станции теплоснабжения путем изменения состава и параметров среды, заполняющей внутрикорпусное пространство реактора, в реакторе поддерживают давление 0,3-0,7 МПа, температуру теплоносителя в ОТУ - на линии насыщения, скорость теплоносителя в ОТУ or 0,1+ 0,1(р-0,5) до 0,35+0,1(р-0,5)м/с, где р - давление.МПа.

Предлагаемые действия и приемы приводят к поставленной цели в связи с тем, что при работе корпусного кипящего реактора при низких давлениях в компенсаторе объема первого контура pi 07 МПа имеет место эффект самозакипания теплоносителя, заключающийся в следующем. На вход активной зоны подается теплоносителя с недогревом до точки насыщения в несколько десятков градусов. За счет неравновесного кипения в активной зоне теплоноситель доводится до недогрева в несколько градусов, В индивидуальные тяговые участки теплоноситель с недогревом в несколько градусов подводится практически без пара и поднимается с постоянной температурой. Однако по мере подъема теплоносителя локальное давление понижается,, понижается соответствующая точка насыщения; примерно на рубеже входа в общий тяговый участок (ОТУ) теплоноситель адожет закипеть. Это приводит к истинному паросодержанию самозакипания на выходе

из ОТУ 30 - 50%, что существенно повышает гидравлический напор и расход в контуре,

Предлагаемые значения давлений Б реакторе приводят к новому в ядерных реэктоpax явлению - самозакипанию жидкого теплоносителя в стационарном режиме его .течения.

Примером осуществления способа может служить проведение предлагаемых при;

емов на водяном кипящем корпусном ядерном реакторе ACT в режиме тепловой мощности 200 МВт.

В таблице приведены теплогидравличе- ские характеристики АСТ-200 в режимах самозакипания. Режимы 3,4,8,9, 13 и 14 рассчитаны в габаритах реактора в активной зоне АСТ-500 с высотой активной зоны (A3) 3,0 м; режимы 11,12 и 15 - в тех же габаритах, но с высотой активной зоны 1,5 м; режимы 12 и 15 - с водоурановым отношением, увеличенным в 1,5 раза с 1,6 до 2,4. Режимы 9 и 13, 8 и 14 соответственно проведены в одинаковых теплотехнических условиях, но при различных давлениях: режимы 8 и 9 при давлении в компенсаторе давления 0,4 и 0,5 МПа, а режимы 13 и 14 - 2,0 МПа, В режимах 13 и 14 вследствие большого давления не имеет место явление самозакипания, паросодержание на выходе равно

нулю; а в режимах 8 и 9 происходит слабое самозакипание в ОТУ, выход на линию насыщения воды происходит на высоте 3/4 (режим 8) и 2/3 (режим 9) высоты ОТУ, т.е. на выхо э из ОТУ. Такое слабое самозакипание с паросодержанием на выходе из ОТУ 12 и 10% при понижении давления с 2,0 до 0,4 МПа и 0,5 МПа приводит к повышению расхода с 987 кг/с (режим 14, давление 2,0 МПа) до 1109 кг/с (режим 8, давление 0,4

МПа) и с 1002 кг/с (режим 13, давление 2,0

МПа) до 1117 кг/с (режим 9, давление 0,5

МПа), т.е. к повышению расхода на 10-12%.

При выходе на линию насыщения воды

в середине высоты ОТУ (режим 4) паросодержание на выходе из ОТУ повышается до 14%, а расход - до 1239 кг/с, т.е. на 24%, Выход на линию насыщения до ОТ/ приводит к паросодержанию на выходе 40-60% и соответствующему увеличению расхода.

Использование давления в контуре I 0,3 - 0,7 МПа позволяет нагревать теплоноситель в контуре II до 120-140°С при тепловом напоре между контурами I и II 12-40 К.

На основании проведенных расчетов

5 можно сделать вывод, что понижение давление в контуре i корпусного реактора АСТ- 200 до 0,3-0,7 МПа благотворно сказывается на теплогидравлических параметрах и позволяет а прежних габаритах увеличить расход теплоносителя на 20-40%.

П р и м е р 1. В реакторе АСТ-200 мощностью 200 МВт в компенсаторе давления поддерживается давление 0,5 МВт. На зход в A3 подается вода температурой 116,7°С, а на выходе из A3 - 151,9°С. За счет самозакипания воды паросодержание в ОТУ повышается до 14,3% на выходе из ОТУ, что приводит к увеличению расхода теплоносителя в контуре I до 1239 кг/с и нагреву в существующем еплообменнике воды контура II с 80 до 140°С. Давление 0,5 МПа позволяет в существующем реакторе поднять мощность на 30%.

Пример 2. В реакторе АСТ-200 поддерживается давление 0,3 МПа, что позволяет нагревать воду в контуре I до 133°С и обеспечить расход 200 кг/с, при этом воду контура II можно нагревать до 125°С. При давлении 0,3 МПа можно повысить мощность на 45%. Отклонение от предлагаемых пределов поддерживаемого давления в меньшую сторону (менее 0,3 МПа) приводит к значительному увеличению массового расхода теплоносителя и устойчивости, но не позволяет нагревать воду в контуре II выше 120°С и поэтому неприемлемо.

ПримерЗ. В реакторе АСТ-200 поддерживается давление 0,7 МПа, что позволяет нагревать воду в контуре I со 110 до 160°С при расходе 900 кг/с и паросо- держании в ОТУ 5%. Мощность можно поднять на 3%. Отклрнение от предлагаемых пределов поддерживаемого давления в большую сторону (более 0,7 МПэ) уменьшает самозакипание воды и приводит к незна- чительному росту массового расхода теплоносителя и граничной мощности и поэтому нерентабельно.

Отклонение от предлагаемых значений скорости теплоносителя в меньшую сторону приводит к значительному увеличению габаритов аппарата требуемой мощности, уменьшению устойчивости режима и уменьшению паросодержания в связи с уменьшением эффекта самозакипания и, в конечном итоге, к отсутствию положительного эффекта.

При скорости теплоносителя 0,09 м/с и давлении 0,5 МПа (т.е. при отклонении от предлагаемого интервала скорости в сторону уменьшения)- в ОТУ АСТ-200 истинное объемное паросодержание за счет самозакипания увеличивается менее чем на 0,5%, т.е. положительный эффект самозакипания отсутствует.

Отклонение от предлагаемых значений скорости теплоносителя в сторону увеличения приводит, в связи с увеличением эффекта самозакипания, к значительному росту паросодержания (т.е. запариванию) и, как следствие, к неустойчивости режима и невозможности безопасной работы аппарата. 5 При скорости, воды в ОТУ АСТ-2000,4 м/с в условиях режима 9 (давление 0,5 МПа), т.е. при отклонении от предлагаемых значений скорости теплоносителя в сторону увеличения, начинается рост паросодержакия до

0 0,7, приводящий к неустойчивости режима. Достоинством предлагаемых способа и аппарата является то, что они не требуют дополнительного оборудования с капиталовложениями, так как не требуют измене5 ния реактора.

Предлагаемый способ позволяет повысить граничную мощность устойчивой работы реактора, увеличить энергонапряженность реактора, повысить безопасность

0 и надежность реакторной установки, в частности за счет уменьшения температуры тепловыделяющих элементов при сохранении мощности, позволяет повысить граничную мощность реактора.

5 Использование предлагаемого способа дает значительный технико-экономический эффект по сравнению с известным АСТ-200, стоящим примерно 100 млн.руб и рассчитанным на эксплуатацию без капитального

0 ремонта в течение 30 лет. Использование предлагаемого способа с поддержанием в реакторе давления 0,5 МПа, позволяет без дополнительных капитальных вложений на изменение реактора повысить тепловую

5 мощность на 20%, т.е. дать суммарный экономический эффект 10 млн.руб. в течение 30 лет.

Формула изобретения Способ интенсификации процессов в

0 ядерном кипящем реакторе с естественной циркуляцией теплоносителя, например воды, на станции теплоснабжения путем изменения состава и параметров среды, заполняющей внутрикорпусное простран5 ство реактора, включающее общий тяговый участок, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности реэктор- нсг установки и увеличения знергонапря- жеыости реактора путем повышения

0 массс-вого расхода и повышения устойчивости расхода теплоносителя в контуре циркуляции и нейтрального истока в активной зоне, поддерживают в реакторе давление 0,3-0,7 МПа, температуру теплоносителя в

5 общем тяговом участке - на линии насыщения, а линейную истинную скорость тепло-, носителя в общем тяговом участке от 0,1-Ю,1(р-0,5) до 0.35+0.1(р-0,5) м/с, где р- давление в реакторе, МПа.

Теплогидравлические характеристики корпусного кипящего оеактора ACT-20Q

Изобретение относится к ядерной энергетике. Целью изобретения является повышение ядерной безопасности реакторной установки, увеличение энергонзпряженно- сти реактора путем повышения массового расхода и повышение устойчивости расхода теплоносителя в контуре циркуляции и нейтронного потока в активной зоне. Способ предусматривает изменение состава и параметров среды, заполняющей внутрикор- пусное пространство с теплоносителем. Новым является поддержание во внутри- корпусном пространстве реактора давления 0,3-0,7 МПа. В зависимости от величины давления изменяют определенным образом и линейную истинную скорость теплоносителя в общем тяговом участке.