Схемы высокотемпературных газоохлаждаемых
установок АЭС
Создание высокотемпературных реакторов с гелиевым охлаждением является
перспективным направлением в атомной энергетике. Их отличительная
особенность — принципиальная возможность получения тепла с высокой
температурой— свыше 1000 °С, что в настоящее время нельзя достигнуть в
других энергетических реакторах.
Благодаря высоким температурам газового теплоносителя на выходе из
реактора, до 750—800 °С, при выработке
электроэнергии могут быть использованы паровые турбины с современными
высокими параметрами пара (t—
= 530-580 °С; Р— 17-Г-24 МПа). Термический КПД таких АЭС составит 40—
43%.
В дальнейшем перспективен также переход на прямой газотрубный цикл (рис.
1.6) с точки зрения как снижения капитальных затрат, так и повышения
маневренности АЭС и использования ее в регулируемом режиме.
В настоящее время основным направлением использования
высокотемпературных реакторов с гелиевым охлаждением является применение
их в энерготехнологических установках для производства тепловой энергии.
Анализ показал, что для замены органического топлива ядерным горючим,
осуществления технологического процесса в различных отраслях народного
хозяйства, в которых в виде тепла потребляется 70—80 % всей
вырабатываемой энергии, на-, пример в наиболее энергоемких процессах
химической и металлургической промышленности, температура теплоносителя
должна быть не ниже 950 °С. Такая температура в ВТГР достижима, что
открывает широкие возможности применения их в различных
высокотемпературных процессах.
Опытно-промышленная атомная энерготехнологическая станция (АЭТС) ВГ-400
(рис. 1.7) предназначается для комбинированной выработки тепла и
электроэнергии. Гелиевый теплоноситель с температурой 950 °С отдает 360
МВт тепла промежуточному контуру через высокотемпературный
теплообменник, охлаждаясь при этом до 750 °С. Затем гелий направляется в
парогенератор и с температурой 350 °С газодувкой подается в реактор.
Тепло из промежуточного контура передается в химико-технологическую
часть, где может, например, производиться до 100 т/сут. водорода. Пар из
парогенератора направляется в турбоагрегат для выработки электроэнергии.
Четыре парогенератора и четыре-высокотемпературных теплообменника
промежуточного контура расположены в полостях корпуса из предварительна
напряженного железобетона. В установке использована четырехпетлевая
схема, и в качестве аварийных петель и для расхолаживания установки
предусматривается использовать основные петли первого контура реактора.
Система очистки теплоносителя. В качестве теплоносителя в ВТГР
исполь-зуется гелий. Преимуществом гелия перед другими теплоносителями,
применяемыми в атомной энергетике, является его химическая инертность,
благодаря чему ядерное топливо и конструкционные материалы активной зоны
могут работать при высоких температурах.
Однофазность гелия в рабочем интервале температур исключает возможность
резкого изменения охлаждения активной зоны, связанную с фазовыми
переходами в теплоносителе, вызванными колебаниями давления в любых
возможных пределах.' Гелий обладает хорошими ядерно-физическими
свойствами: он практически не поглощает нейтроны и не активизируется под
облучением.
Явление сверхтекучести жидкого гелия и проверка герметичности контуров
гелиевым течеискателем вызвали широко распространенное ошибочное мнение
о высокой текучести гелия. Однако существующие экспериментальные данные
и теоретические предпосылки говорят о том, что утечки гелия через
различные элементы конструкции меньше, чем, например, утечки азота,
кислорода, воздуха. Тем не менее требования к утечкам гелия из
реакторной установки должны быть существенно более жесткими, чем для
случая, когда в качестве теплоносителя использовался бы, например, азот
или углекислый газ. Это связано только с тем, что гелий мало
распространен в природе в виде, удобном для промышленной добычи, и его
стоимость относительно велика.
Присутствие примесей в гелии в условиях высоких температур вызывает
химические реакции, ускоряющие коррозию твэлов и связанный с этим
мас-соперенос материалов, активной зоны в первом контуре. Источниками
загрязнения гелия могут быть собственные примеси технического гелия
(начальное заполнение и последующая подпитка), воздух (при вскрытии
контура для вы-полнения ремонтных работ), твэлы и графит при нагреве и
дегазации, теплообменники и т. д.
Наличие в контуре продуктов деления накладывает на систему очистки
дополнительную нагрузку. Установка химической очистки состоит из
окислительного блока, в котором происходит окисление Н2 и СО, а также
связывание кислорода. Затем охлажденный и осушенный гелий поступает в
блок выдержки — сосуды, заполненные активированным углем, где происходит
задержка Хе и Кr на время, за которое
распадаются их короткоживущие изотопы. В блоке накапливаются Sr, Cs, I.
От примесей Н20 и СО2 гелий очищается в цео-литовых ловушках. На байпасе
располагается низкотемпературная криогенная установка для тонкой очистки
гелия от долгоживущих изотопов Хе, Кr и
некоторых химических примесей.
