Способ интенсификации процессов в ядерном кипящем реакторе с естественной циркуляцией теплоносителя

 

Изобретение относится к ядерной энергетике . Целью изобретения является повышение ядерной безопасности реакторной установки, увеличение энергонзпряженности 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 внутрикорпусное пространство с теплоносителем. Новым является поддержание во внутрикорпусном 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ж)5 G 21 С 15/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4805124/25 (22) 28.03.90 (46) 23.11.91,Бюл, ¹ 43 (71) Институт атомной энергии им.И.В,Курчатова (72) И.Н,Соколов и Н.Н.Смирнов (53) 621,039.5(088.8) (56) 1. Митенков Ф.M., Моторов Б.И, Устойчивость подчиняющих аппаратов, - М„1983.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 1195823, кл, G 21 С 15/18, 1983. (54) СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ В ЯДЕРНОМ КИПЯЩЕМ РЕАКТОРЕ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано при создании корпусных реакторов с кипящей водой и естественной 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. создают локальное сужение и дополнительное гидравлическое сопротивление, например, на входе в активную зону. Способ позволяет повысить безопасность реакторной уста„„. Ы„„ 1693638 А1

{57) Изобретение относится к ядерной энергетике. Целью изобретения является повышение ядерной безопасности реакторной установки, увеличение энергонапряженности реактора путем повышения массового расхода и повышение усто лчивости расхода теплоносителя в контуре циркуляции и нейтронного потока в активной зоне. Способ предусматривает изменение состава и параметров среды, заполняющей внутрикорпусное пространство с теплоносителем.

Новым является поддержание во внутрикорпусном пространстве реактора давления

0,3-0,7 МПа. В зависимос1и от величины давления изменяют определенным образом и линейную истинную скорость теплоносителя B общем тяговом участке. новки путем увеличения гидравлической устойчивости Ä1).

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

Наиболее близким к предлагаемому тех, ическому решению является способ повыв ния устойчивости кипящего ядерного реактора с естественной циркуляцией теплоносителя, где с целью повышения безопасности реактор ной установки и увеличения энергонапряжен ности реактора путем повышения устойчивости расхода теплоносителя в контур» циркуляции и ней- . тронного потока в активной зоне увеличивают жесткость компенсатора объема в сочетании с конденсацией пара на выходе

1693638

3 а

- 3(с

45 из эягов()га уча-.,тка, Способ позволяет г!о (3ыСить безопасность реакторной установки путем увеличен (я !:)Арап!Ической устойчивости (2), НВДастаткам иэ(3естн!эга способа ЯВля 5 ется то, что в известных ядер Iblx киг)ящих реактОрах пОддерживается В карпус8 дс(вле ние более 1,5 МПа. когорае приводит;< II8значительно»,у паг!Осадержанию в подьемном участке, 3 а гриьадит к уменьшени!о Гидравлического напо QR к(эн!ч()а естественной циркуляцли, уменьшен!л)о !

Иассового расхода цлр«,!ляг(A и уменьшеI\)K) устойчивости pac)" o l(I 1"(. (!3!Онаситег! В контуре и нейт!эанн()го !Отака B активной 1 зоне и вследствие этого к п(э!-!!л)к! —;!-!инэ без-! эпасности реактор !ой установки и уменьLIJ8I- ию энерганапря> (енности реактаГи.

Целью изобретени(! являе ся павь!шение безопасности реакторной установки и 2 увеличение знергQHB пряжен наст!л реактора путем повышения мас-.овагс расхода и поBblU. 8Hèÿ устойчивости расх()да тепланасителя в контуре циркулariII«! нейтронного потока в активной зоне, Поставленная цель,достигается Te», что согласна сг)особу интенс(!(р(!к;)ции процессов в ядерном реакторе с естествен)-!Ой циркуляцией теплсносител», например воды, на станцли теплоснаб)кен!ля путем изменения состава и параметров среды, запал!Плющей внутри корпусное п;) QcTp a >I() TBQ реактора, в реal; Qoa .- Оддер)!(Ива-:() г д,=. ВлеiM8 0,3-0,7 М(Па, гемперат, ру теплоносителя в СТУ вЂ” на еигп!и !!ас!-.!В!((н!ля, с«орасть теплоносителя 3 С! ГУ r)T О,! 0,1(р-0,5) Д(3 ! !,35+0, 1(р-0,))(м /с), rде p — BBBII8!-;ИВ,М Па, Предлагаемые действля и приемы ",.pèВодя Г к и!эставле!!На& цели В i)BBçè с I8ì, ITQ

Г!ри рабате Kop!l/cH!)I G киг)я .!)8ГО pBBKI I)pa при низких давле;r»IK г. «Омпенсатаре объема г!ервого кснтура р» «07 МПа имеет ! :!8(G эффект самоза!

I8UGf p8I3oì д(точ ки насыщения B H8i. КОХ!ЬКО Д8сяТКОВ Г)) адусав, 3а СЧЕТ Нераа

НОВЕСНОГО КИГ!ЕНИс! В ВКТИВНай ЗОНЕ : епланасит8ль дОВОд! и ся д(э !Вд(эгрев . i! несколько градусов, В индивидуальные тяго- 5 г-:ые участки теплоноситель с недагревом в несколько градусов подвэдится практически без пара и под!н!лмается с f)oстоя"-!!(ОЙ (емпер турой. ()Днако па мере !!о!вьейар теплонаси ел я локальное давя 8н ле г онижает- э ся,. Понижается соответствующая -г()чкa насыщения; примерна на рубеже вха,,а В общий тяговый учас п)к (С ГУ1 (8!(Ла!!Ос!лгал!"io>K8ò закипеть. ":= то по!)Вщ!лт к ист>)н!-г!мч. г!аросодер><ани Q са!«.()за <ипания !а Вы);оде из ОТУ 30-50%, что существен.!а г.or ûøàåò гидравлический напор и расход в контуре

Предлагаемые значения давя!Вн.:я в эеакторе приводят к новому в ядерных реакторах явлению — самозакипанию жидкого теплоносителя в стационарном режиме ега течения, Примером осуществления способа может служить проведение предлагаемых приемов на водяном кипящем ксрпусном ядерном реакторе АСЧ в режиме тепловой мощности 200 MB r.

В таблице приведены теплогидравлические хара ктеристикл 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 (АЗ)

3,0 м; режимы 1!1,12 и 15 — в тех же габаритах, но с высотой ак гивной зоны 1!,5 м; режимы 12 и 15 — с водаурановь!м 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 режимь! 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 самазакипание в СТУ, выход !-(а линию (-!асыщения Воды пра:лсходит на высоте 3/4 (режим 8) и 2/3 (режим 9) высоты ОТУ, т.е, на вых. е из СТУ, Такое слабое самозакипание с r;apoсодержанием на выходе из ОТУ

12 и 10% и ри поних<ении давления с 2,0 до

0,4 МПа и 0,5 МПа приводит к повышен«ю расхода с 987 кг/с (режим 14, давление 2,0

МПа) да 1109 кг/с (режим 8, давление 0,4

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

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

ЧПВ), т.е, к повышению расхода íà t0-12%.

При выходе на линию насыщения воды

В середин"= высоты ОТУ (режим 4) паросодержание на выходе из С!ТУ повышается до

14%, а расход — до 1239 кг/с, т.е. на 24%, Выход на линию насыщения до ОТУ приво-!

-:ит K r!aoocoppp)KBHvlIQ Ha Bblxop8 40-600/ N соответствующему увеличению расхода.

Использование давления в контуре 1 О,З вЂ” 0,7 МГ18 позволяет нагревать теплоноситель в ко,:-луре (! до 120-140 С при тепловом напоре между контурами I u il 12-40 К.

На ссновании проведенных расчетов можно сделать вывод, что понижение давление В контуре I корпусного реактора ACT200 äî 0,3-0,7 МПа благотвооно сказывается на тег(логидра!Влических параметрах и пазволяет B прежних (-абаритах увеличить расход теплоносителя На 20-40%.

1693638

Пример 1. В реакторе АСТ-200 мощностью 200 МВт в компенсаторе давления поддерживается давление 0,5 МВт, Нэ вход в АЗ подается вода температурой 116,7" С,, а на выходе из АЗ вЂ” 151,9 C. 3а счет самозэкипания воды паросодержание в ОТУ повышается до 14,3 на выходе из ОТУ, что приводит к увеличению расхода теплоносителя в контуре до 1239 кг/с и нагреву в существующем . еплаобменнике воды контура 11 с 80 до 140 Ñ. Давление 0,5 МПа позволяет в существующем реакторе поднять мощность иа 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 1! 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 МПэ) приводит к значительному увеличению массового расхода теплоносителя и устойчивости, но не позволяет нагревать воду в контуре 11 выше 120 С и поэтому неприемлемо.

Пример 3, В реакторе ACT-200 поддерживается давление 0,7 МПа, что позволяет нагревать воду в контуре 1 со 110 до

160 С при расходе 900 кг/с и паросадержании в ОТУ 5%. Мощность можно поднять на 3 . Отклрнение от предлагаемых пределов поддерживаемого давления в большую сторону (более 0,7 МПа) уменьшает самозакипание воды и приводит к незначительному росту массового расхода теплоносителя и граничной мощности и поэтому нерентабельно.

Отклонение ат предлагаемых значений скорости теплоносителя в меньшую сторону приводит к значительному увеличению габаритов аппарата требуемой мощности, уменьшению устойчивости режима и уменьшению паросадержания 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 обьемное парасодержэние за счет самозакипаиия увеличивается менее чем на 0,5, т.е, положительный эффект самозакипания отсутствует.

Отклонение ат предлагаемых значений скорости теплоносителя в сторону увеличения приводит, s связи с увеличением эффек5

55 та самозакипания, к значительному рас у паросодержэния (т.е, зэпариванию) и, кэк следствие, к неустойчивости режима и невозможности безопасной работы аппарата.

При скорости. воды в ОТУ ACT-2000,4 м!с в условиях режима 9 (давление 0,5 МПа), т.е. при отклонении ат предлагаемых значений скорости теплоносителя в сторону увеличения, начинается рост пэросадержания да

0,7, приводящий к неустойчивости режима.

Достоинствам предлагаемых способа и аппарата является то; что ани не требуют дополнительного оборудования с капиталовложениями, так как не требуют изменения реактора, Предлагаемый способ позволяет повысить граничную мощность устойчивой работы реактора, увеличить энергонапряженность реактора, повысить безопасность и надежность реакторнай установки, в частности за счет уменьшения температуры тепловыделяющих элементов при сохранении мощности, позволяет повысить граничную мощность реактора.

Использование предлагаемого способа дает значительный техника-экономический эффект по сравнению с известным АСТ-200, стоящим примерно 100 млн.руб и рассчитанным на эксплуатацию без капитальиага 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 мощность на 20, т.е. дать суммарный экономический эффект 10 млн.руб, в течение 30 лет.

Формула изобретения

Способ интенсификации процессов в ядерном кипящем реакторе с естественной. циркуляцией теплоносителя, например воды, на станциитеплоснабжения путем изменения состава и параметров среды, заполняющей внутрикарпусное пространство реактора, включающее общий тяговый участок, а > л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения безопасности реакторно=: установки и увеличения энергонапряжеи-.ости реактора путем повышения масс.=ваго 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 общем тяговом участке — на линии насыщения, а линейную истинную скорость тепло-, носителя в общем тяговом участке от

0,1+0,1(р-0,5) до 0,35+0,1(р-0,5) (м/с), где рдавлеиие в реакторе, МПа.

1693638

Теплогидравлиыеские характеристики корпусного кипяцего оеактора

АСТ-200

Температура, С

Паросодержание, ь

Мощность,МВт

Режим

Расход АЗ> кг/с

Давление в

1 контуре,, р„,МПа

На входе .На выходе в ОТУ из ОТУ

Эх Вых

11родолжение таблицы

На входе в общий тяговый участок

Режим

)(дь»ан» на выходе ()ТУ, 4

Истинная плотность Истинная скорость теплоносителя, кг/м теплоносителя, и/с з

919,1О

913,28

921,28

913,79

914,04

914,62

910,12

917,84

914,91

Составитель >П.Петрашевич

Техред M,ÌàðãeHTàë Корректор T.Ïàëèé

Редактор И,Дербак э

Заказ 4080 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

4

9

»

12

13

14

2G0

2GG

266

?06

200

О, О, О, G, О, О, 2> 2, О, 3 ч

9

»

12

13

14

10Î,9

»6,7

163,5

112,6

»2„1

»2,4

1l2>1

163,1

112,54

- 0,91

0,37

0,255

0,256

0,196

0,073

-.0,126

-0„146

0,012

147,6

151,9

143,8

151,9

151,5

150,4

156,5

146,4

1 52,2

S0

100

lч0

120

0

О

О

0,176

0,222

0,197

0,206 .

0,202

0,206

0,181

0,176

0,209

lч,3

»,74 l0,1

8,06

3,29

0

G,56

986

1239

»69

»17

»25,9 I 151,5

1002,3

986,9

»64,1