Реакторы с кипением теплоносителя в активной зоне различаются по многим признакам

Тема 9

Теплогидравлический расчет кипящих реакторов

Задачи расчета. Исходные данные. Последовательность расчета. Расчет напряженности и размеров активной зоны. Определение расхода через реактор и расхода питательной воды. Гидравлический расчет контура циркуляции.

 

 

Основные особенности кипящих реакторов

Реакторы с кипением теплоносителя в активной зоне различаются по многим признакам.

По виду используемого теплоносителя это могут быть реакторы с обычной или тяжелой водой или другими кипящими жидкостями. Однако в настоящее время в кипящих реакторах используется практически единственный теплоноситель — обычная вода.

По структуре активной зоны кипящие реакторы могут быть как канальные, так и корпусные. В канальных реакторах в качестве замедлителя используется либо графит, либо тяжелая вода. Представителями графитовых реакторов, охлаждаемых кипящей водой, являются наши отечественные реакторы АМБ и РБМК. Тяжеловодные кипящие реакторы типа SGHWR (парогенерирующий тяжеловодный реактор) пока не нашли широкого применения, лишь единичные экземпляры сравнительно небольшой мощности работают в некоторых странах. В корпусных кипящих реакторах замедлителем одновременно служит та же кипящая вода. Это реакторы типа ВК в нашей стране и BWR в зарубежных странах.

По паросодержанию на выходе из активной зоны различают реакторы прямоточные и с многократной циркуляцией воды. В прямоточных реакторах вся вода должна испаряться в активной зоне и на выход из нее поступает сухой насыщенный или перегретый пар. Однако по ряду причин, связанных с полным упариванием воды в активной зоне (ухудшение теплообмена, возможные отложения примесей на твэлах и др.), прямоточные реакторы пока не нашли применения. В реакторах с многократной циркуляцией воды только ее часть испаряется за один проход через активную зону и паросодержание на выходе (по массе) обычно в несколько раз меньше, чем содержание воды.

По способу осуществления многократной циркуляции реакторы могут быть с принудительной или естественной циркуляцией воды. В канальных кипящих реакторах, гидравлическое сопротивление которых сравнительно велико, применяется, как правило, принудительная циркуляция. В корпусных реакторах построенных в быстровозводимых производственных зданиях может быть принудительная или естественная циркуляция. В современных мощных реакторах типа BWR используется принудительная циркуляция. В опытно-промышленной установке с реактором ВК-50 применяется естественная внутрикорпусная циркуляция. Естественная внутрикорпусная циркуляция используется в водо-водяных реакторах для ACT.

По способу разделения пара и воды различают реакторы кипящие с вынесенной сепарацией и внутрикорпусной. В канальных кипящих реакторах используется исключительно вынесенная сепарация, которая осуществляется обычно в горизонтальных барабанах-сепараторах. В кипящих корпусных реакторах применяется преимущественно внутрикорпусная сепарация.

Современные АЭС с кипящими реакторами имеют один контур и в основном работают на насыщенном паре. Однако проектируемые и строящиеся теплофикационные установки с кипящими реакторами в целях безопасности, связанной с предотвращением попадания радиоактивных загрязнений в систему теплофикации, выполняются по двухконтурной схеме. И, наконец, ЯЭУ для ACT, предназначенные для отопительных целей, имеют трехконтурную тепловую схему.

Особенность расчета кипящих реакторов обусловлена тем, что твэлы последовательно охлаждаются в испарительных каналах сначала однофазной жидкостью, а после начала кипения — пароводяной смесью, при этом независимо от типа кипящего реактора и вида замедлителя требуется решать общие проблемы, связанные с гидродинамикой и теплообменом в двухфазных потоках. При наличии в кипящих реакторах отдельно перегревательных каналов, как это имеет место в реакторах типа AMБ, расчет их ведется по рассмотренной выше методике при охлаждении твэлов однофазным теплоносителем.

Имеется принципиальная особенность в исходных данных для теплогидравлического расчета кипящих канальных реакторов с графитовым или тяжеловодным замедлителем и водоводяного корпусного реактора, в котором кипящая вода одновременно выполняет роль теплоносителя и замедлителя. В графитовых или тяжеловодных реакторах с некипящим замедлителем энерговыделение по высоте активной зоны практически не искажается в связи с кипением теплоносителя в каналах, так как его доля по сравнению с объемом замедлителя в этих реакторах чрезвычайно мала. В кипящих водо-водяных реакторах типа ВК или BWR плотность замедлителя вследствие генерации пара заметно изменяется но высоте, что приводит к существенному искажению профиля энерговыделения. В реакторах с естественной циркуляцией неизвестным является суммарный расход теплоносителя, определяемый кратностью циркуляцию