КМы / КМ4-5 / КМ4 Долгов Р ТФ-12-20

КМ-4 Вариант №7

Постановка задачи: Составить и описать схему ВПУ для подпитки АЭС с РБМК-1000. Требуется сделать трехступенчатую очитску воды.

Исходные данные:

∙концентрация взвешенных веществ – Cвзв > 100 [мг/л]

∙окисляемость О > 15 [мг/л]

∙жесткость карбонатная – Жк > 2 [мг экв/л]

∙CFe = 15 [мг/л]

Решение:

Определим производительость ВПУ.

ВПУ АЭС предназначена для восполнения потерь пара, питательной воды и конденсата как в основном цикле электростанции, так и в системе теплоснабжения.

При расчете производительности водоподготовительных установок для приготовления добавочной подпиточной воды для конденсационных электростанций учитывается, что при номинальной паропроизводительности устанавливаемых котлов (парогенераторов) внутристанционные потери пара и конденсата не должны превышать 2 %. Общее значение потерь пара и конденсата для АЭС, оборудованных реакторами типа РБМК, – 0,5 % паропроизводительности энергоблоков. Для электростанций с прямоточными котлами расчетная производительность ВПУ увеличивается для блоков мощностью 200, 250 и 300 МВт – на 25 т/ч, 500 МВт – на 50 т/ч и 800 МВт – на 75 т/ч; для ТЭС с барабанными котлами и АЭС с реакторами типа ВВЭР – на 25 т/ч. Для АЭС с реакторами РБМК увеличение расчетной производительности ВПУ не требуется.

qзап = 0 [т/ч]

Таким образом, производительность ВПУ для подпитки основного цикла составит:

QВПУобес = (0,5 – 1 %) ∙ ∑Dn + qзап

где ∑Dn – суммарная паропроизводительность энергоблока.

QВПУобес = 0,0075 ∙ 5600 + 0 = 42 [т/ч]

При расчете производительности ВПУ подпитки теплосети учитывается, что в закрытых системах теплоснабжения расчетный часовой расход подпиточной умягченной деаэрированной воды принимается равным 2 % объема воды в трубопроводах тепловых сетей и присоединенных к ним местных систем потребителей.

Таким образом, производительность ВПУ для покрытия потерь в системе теплоснабжения составит:

QВПУумягч = 2% ∙ ∑Gсв

где Gсв – расход воды на сетевые подогреватели.

В РУ РБМК-1000 используются 2 турбоагрегата К-500-65/3000. Расход воды на сетевые подогреватели для каждой турбины Gсв = 400 [м3/ч].

QВПУумягч = 0,02 ∙ (2 ∙ 400) = 16 [м3/ч]

Обоснуем метод подготовки подпиточной добавочной воды на АЭС.

На АЭС в качестве исходной воды используется как правило вода поверхностных источников, поэтому подготовка воды осуществляется в два этапа. На первом этапе – предварительная очистка – вода избавляется от грубодисперсных, основной части коллоидных примесей, частично умягчается и декарбонизируется. Выбор типа предочистки производят по величине карбонатной жесткости исходной воды (ЖК) по таблице 1.

Таблица 1 – выбор метода обработки исходной воды

Учитывая исходные данные делаем выбор использования в качестве метода обработки – совмещение известкования с коагуляцией в осветлителе, фильтрование, а в качестве основного оборудования – осветлитель для коагуляции с последующим фильтрованием на однослойных осветлительных фильтрах.

Предочистка.

Коагуляция FeSO4 с известкованием:

Так как концентрация грубодисперсных и коллоидных веществ, требуется выполнить предочистку в осветлителе с дальнейшим фильтрированием в осветлительных фильтрах.

В качестве коагулянта будем использовать сульфат двухвалентного железа FeSO4 ∙ 7H2O. Данная сернокислая соль полностью диссоциирует в воде:

1 → Fe2+ + SO42-

Катион слабого основания 1 легко подвергается ступенчатому гидролизу с образованием труднорастворимого оксида:

Fe2+ + H2O → Fe(OH)2 + 2H+

В щелочной среде, создаваемой при известковании, и при наличии кислорода в воде гидроксид железа (II) оксиляется в менее растворимый гидроксид железа (III):

4Fe(OH)2 + O2 = H2O + 4Fe(OH)3

Для нивелирования недостатка бикарбонатной щелочности вводится Ca(OH)2 для регулирования концентрации ионов H.

Жесткость остаточная.

Жкост = Жкисх – СAl = 2 – 1 = 1 [мг экв/л] Жнкост = Жнкисх + СFe

Жоост = Жкост + Жнкост

Щелочность остаточная.

Щост = Жкост + αизв [мг экв/л] Жкост = Щмо = 0,7 [мг экв/л]

αизв = Щфф ≈ 0,3 [мг экв/л]

где αизв – избыток извести.

Концентрация хлор-ионов не изменяется.

Концентрация кремниевой кислоты уменьшается на 40 %. SiO3ост2- = 0,6 ∙ SiO3исх2-

Фильтрирование в осветлительных фильтрах:

Для очистки воды от грубодисперсных примесей после осветлителя мы будет использовать адегиозное фильтрирование. Пористую среду организуют в виде фильтрируещуго слоя, размещаемого в ОФ. Прилипающие частицы заполняют поры между зернами слоя, при этом сужается сечение для прохода воды и повышается гидравлическое сопротивление слоя.

В качестве оптимальной высоты слоя пористой смеси выберем 1 метр.

Фильтрируещем материалом выберем дробленый антрацит. Фракция зерен составляет 0,6 – 1,4 мм.

Обессоливание воды. Первая ступень

Выполним обессоливание воды путем очистки ее через ионитные фильтра, подключив их коллекторным (параллельным) способом. Схема обессоливания – одноступенчатая, с выходом воды на деэрационную установку.

Выберем специально синтезированный ионит органического происхождения.

Для умягчения воды будем использовать Na-катионирование совместно с H и OH ионировании.

Натрий-катионирование широко используется для умягчения воды, т.е. удаления из нее катионов Ca2+ и Mg2+ и имеет самостоятельное значение при подготовке воды малой щелочности для подпитки теплообменных установок:

2RNa + Ca2+ → R2Ca + 2Na+

2RNa + Mg2+ → R2Mg + 2Na+

Cхему умягчения воды будем использовать двуступенчатую параллельную, для повышения качества умягчения.

Вторая ступень.

Для наиболее тщательной подготовки подпиточный воды будем использовать схему полного химического обессоливания. На последнем этапе установим фильтры смешанного действия (ФСД). Качество обессоленой воды по данной схеме оценивается остаточной концентрацией натрия не более 5 мг экв/кг и остаточной концентрацией кремниевой кислоты менее 10 мг/кг. Данная схема применяется для подготовки добавочной воды для прямоточных котлов (РУ РБМК-1000).

После прохождения анионитных и катионытных фильтров первой ступени вода направляется на декарбонизатор и далее, из бака добавочной воды приходит на анионитные и катионитные фильтра второй ступени. Фильтра второй ступени содержат высокосновные аниониты. После прохождение А2 и Н2 вода

становится грубо обессоленой, но для повышения степени деионизации после второй ступени обессоливания требуется прохождение воды через ФСД, удаляющие остатки ионов. После ФСД электропроводность воды может достигать 0,1 – 0.15 мкСм/см и меньше.

Схема ВПУ.

Используя все вышеперечеисленное, составим схему водоподготовительного устройства воды подпитки РУ РБМК-1000.

Рис. 1. Схема ВПУ:

О – осветилитель, ОФ – осветлительные фильтра, Н – насосы, Na1 и Na2 – Naкатионные фильтра, H1 1 H2 – H-катионные фильтра, A2 – анионные фильтра, ФСД – фильтра смешанного действия, БОсВ – бак обессоленной воды.

Так как РУ РБМК-1000 – одноконтурная, высокая ионизация рабочего тела ввиду прохождения через активную зону реактора неизбежна. Основное оборудование, т.е. контур многократной принудительной циркуляции (МПЦ), теплообменники системы регенерации, фильтры очистки конденсата, продувочной воды и пр., изготовляется из нержавеющей стали. Из углеродистой и низколегированной стали изготовляются паропроводы, проточная часть турбины. Материалом активной зоны реактора являются сплавы циркония.

Латунь из-за локальных отложений меди в активной зоне в качестве материала основного контура не используется, за исключением трубок конденсаторов, выполненных из медно-никелевого сплава.

Для снижения коррозии углеродистой стали и, следовательно, загрязнения питательной воды железом при нейтральном водном режиме должна быть обеспечена высокая чистота питательной воды; электропроводность конденсата на выходе из фильтров конденсатоочистки (выход ВПУ) должна быть не более 0,1 мкСм/см. Кислород из питательной воды удаляется в конденсаторах турбин и деаэраторах. Оставшийся кислород и перекись водорода при высокой чистоте воды снижают скорость коррозии, образуя на поверхности углеродистой стали защитную окисную пленку.

Таким образом, нами была спроектирована ВПУ одноконтурной АЭС с соответствием начальных условий, а также с учетом воздействия ионизирующего излучения на среду.