7.9.4. Термодинамические особенности трехконтурного цикла АЭС на перегретом водяном паре

В трехконтурных АЭС используются реакторы на быстрых нейтронах (БН) в которых уран 238 превращается в ядерное топливо плутоний 239, используемое в тепловых реакторах ВВЭР и РБМК. Активная зона таких реакторов окружена оболочкой из «отвального» топлива тепловых реакторов, которое обогащается за счет интенсивного выброса нейтронов из активной зоны реактора. Поэтому такие реакторы получили название реакторов «размножителей» – бридеров (БНР). Интенсивное тепловыделение в таких реакторах не позволяет использовать воду в качестве замедлителя (охладителя) активной зоны реактора. Поэтому в них используется жидкий натрий (Na), который имеет относительно низкую (по сравнению с металлами) температуру плавления (около 100 °С) и относительно высокую (по сравнению с водой) температуру насыщения (кипения) металла (более 800 °С) при низких давлениях (несколько атмосфер). Высокая теплопроводность жидкого натрия позволяет уменьшить разме-ры активной зоны реактора. Однако натрий имеет существенный недостаток, он вступает в химическую реакцию с водой с интенсивным выделение тепла и газов. Поэтому первый радиактивный контур такой АЭС имеет биологическую защиту и передает теплоту водяному контуру ПТУ через промежуточный второй контур с жидким натрием, имеющим давление большее, чем в первом контуре. Наличие второго контура с жидким натрием большего давления, чем в первом контуре исключает контакт радиактивного натрия с водой.

Исходя из выше изложенного, схема АЭС на быстрых нейтронах имеет трехконтурное исполнение (рис. 7.54). В первом контуре жидкий натрий отводит теплоту из активной зоны реактора и через промежуточный теплообменник нагревает тоже жидкий натрий второго контура АЭС. Теплота жидкого натрия второго контура передается в парогенераторе АЭС воде, в котором получается перегретый водяной пар, поступающий в турбину. Турбина такой АЭС работает на перегретом паре (Р_О=13 МПа, t_О=500 °С). В цикле такой ПТУ может быть использован вторичный перегрев пара, который осуществляется в парогенераторе за счет теплоты жидкого натрия. В таких схемах тепловая экономичность ПТУ близка к экономичности ПТУ на органическом топливе, а их КПД достигает 40%. Такие схемы имеют практическое применение: Белоярская АЭС (Россия), Шевченковская АЭС (Украина, используется кроме выработки электроэнергии для получения пресной воды из морской).