Höyrygeneraattori - lämmönvaihdin vesihöyryn tuottamiseksi , jonka paine on korkeampi kuin ilmakehän paine ydinreaktorista tulevan primäärijäähdytysaineen lämmön vuoksi [ 1] [2] .
Aikaisemmin termiä "höyrygeneraattori" käytettiin myös höyrykattiloiden nimeämiseen [3] [4] , mutta ydinvoimaloiden syntymisen jälkeen nykyaikainen merkitys alkoi korvata alkuperäistä. Höyrykattiloita ei saa kutsua nykyaikaisten standardien mukaan höyrystimiksi [5] . Joillain tietämyksen alueilla termi voidaan myös ymmärtää sähkökattilaksi ja hukkalämpökattiliksi [6] .
Höyrygeneraattoreita käytetään kaksi- ja kolmesilmukkaisissa ydinvoimalaitoksissa. Yksipiireissä niiden roolia hoitaa itseydinreaktori . Höyrygeneraattorit sekä turbiinilauhduttimet ja välilämmönvaihtimet (kolmipiirisellä järjestelmällä) ovat ydinvoimalaitosten päälämmönvaihtimia, joiden ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi laitoksen tehokkuuteen ja taloudellisiin ominaisuuksiin.
Useimmat ydinvoimalat käyttävät tyypillistä järjestelmää atomienergian muuntamiseksi sähköksi: ydinreaktiot lämmittävät jäähdytysnestettä (useimmiten vettä). Kuuma vesi reaktorista pumpataan höyrystimen läpi, jossa se luovuttaa osan lämmöstä ja palaa takaisin reaktoriin. Koska tämä vesi on korkean paineen alaisena, se pysyy nestemäisessä tilassa (nykyaikaisissa VVER -tyyppisissä reaktoreissa noin 160 ilmakehää ~330 °C:n lämpötilassa [7] ). Höyrygeneraattorissa tämä lämpö siirtyy toisiopiirin veteen, joka on paljon alhaisemmassa paineessa (puolet primääripiirin paineesta tai vähemmän), ja siksi kiehuu. Syntynyt höyry tulee sähkögeneraattoria pyörittävään höyryturbiiniin ja sitten lauhduttimeen, jossa höyry jäähdytetään, se tiivistyy ja menee taas höyrygeneraattoriin. Lauhdutin jäähdytetään vedellä ulkoisesta avoimesta vesilähteestä (esim. jäähdytyslampi).
Sekä ensimmäinen että toinen piiri ovat kiinni, mikä vähentää säteilyvuodon todennäköisyyttä. Primääripiirirakenteiden mitat ovat minimoituja, mikä vähentää myös säteilyriskejä. Höyryturbiini ja lauhdutin eivät ole vuorovaikutuksessa primääripiirin veden kanssa, mikä helpottaa korjauksia ja vähentää radioaktiivisen jätteen määrää laitoksen purkamisen aikana.
Tyypillinen höyrynkehitin koostuu tuhansista putkista, joiden läpi primäärinen jäähdytysneste pumpataan. Putket upotetaan toissijaiseen jäähdytysnesteeseen. On selvää, että aseman pitkän (kymmeniä vuosia) palvelun aikana putkiin voi kehittyä vikoja. Tämä voi johtaa ensisijaisen jäähdytysnesteen vuotamiseen toiseen. Siksi reaktorin suunniteltujen seisokkien aikana lämmönvaihtoputkien tilaa valvotaan ja vialliset tukkeutuvat (jumittuu). Harvinaisissa tapauksissa on tarpeen vaihtaa koko höyrystin, mutta yleensä höyrystimen käyttöikä on yhtä suuri kuin reaktorin käyttöikä.
Höyrygeneraattori on palautuva lämmönvaihdin , jossa lämpöenergiaa siirretään primääripiirin jäähdytysnesteestä lämmönvaihtopinnan kautta toisiopiirin työnesteeseen ja näin syntyy höyryä, joka syöttää turbiinia . Kolmipiirisellä järjestelmällä ( nopea neutronireaktori ) on myös välilämmönvaihtimia. Lämpö siirtyy niiden kautta ensimmäisestä piiristä toiseen (molemmat ovat nestemäistä metallia), ja höyrynkehittimissä lämpö siirtyy toisesta piiristä kolmanteen, vesikiertoon [2] [8] .
Höyrygeneraattorin kokoonpano voi sisältää erilaisia elementtejä: ekonomaiseri , höyrystin , tulistin , välitulistin (uudelleenlämmitys voidaan suorittaa myös erityisissä lämmönvaihtimissa, jotka eivät ole osa höyrygeneraattoria).
Höyrygeneraattorit luokitellaan [8] :
Höyrygeneraattorin automaattisen ohjausjärjestelmän tehtävänä on tarjota tarvittava kuormitus, tulistetun höyryn parametrien pysyvyys ja polttoaineen taloudellisin palaminen. Sääntelyn ongelmana on eri parametrien riippuvuus toisistaan. Siten syöttöveden virtauksen muutos vaikuttaa yksikön suorituskykyyn, paineeseen ja höyryn lämpötilaan. Pääsäätöparametri on tulistetun höyryn lämpötila, koska siihen vaikuttaa useimpien parametrien muuttaminen. Joten höyrygeneraattori on monimutkainen ohjausobjekti, jolla on monia toisiinsa liittyviä parametreja, joten automaattisella ohjauksella on tärkeä paikka höyrygeneraattorin normaalissa toiminnassa.
Jos höyrygeneraattorin normaalia toimintatapaa rikotaan, ohjattu arvo poikkeaa määritetyistä arvoista. Hätätilanteiden välttämiseksi höyrynkehittimen toiminnassa on oltava arvo, jolla suojaus toimii. Näitä arvoja kutsutaan matka-asetuksiksi. Suojaussignaalit ovat yleensä kuultavia ja/tai näkyviä, ja ne näkyvät ohjauspaneelissa.
Höyrykehittimien suojajärjestelmissä käytettävät turvalaitteet ovat seuraavat: