Prosessihyötysuhteen parantamiskohteiden kartoitus painevesireaktorityyppisessä ydinvoimalaitoksessa

Abstract

Työn tavoitteena on kartoittaa painevesireaktorityyppisen ydinvoimalaitoksen prosessihyötysuhteen parantamiskohteita. Aluksi kirjallisuudesta etsitään hyötysuhteen parantamiskeinoja ideaalisessa höyryvoimalaitosprosessissa. Näistä valitaan sopivimmat tarkastelun kohteeksi todellisessa voimalaitoksessa: syöttöveden esilämmityksen tehostaminen väliottohöyryvirtausta kasvattamalla ja syöttöveden esilämmittimen lämmönsiirtopintaa lisäämällä.

Tarkastelussa pyritään löytämään paras mahdollinen hyötysuhde väliottohöyrylinjojen putkikokoa sekä esilämmittimien putkien lukumäärää muuttamalla. Diskreetin optimoinnin iteraatioaskel määritetään hyötysuhteen osittaisderivaattojen avulla. Tehtäviä muutoksia simuloidaan APROS-simulointiohjelmalla, jossa käytetään Loviisan voimalaitoksesta tehtyä mallia VVER-440.

Työssä havaittiin, että pelkkiä väliottohöyrylinjojen putkikokoja – ja massavirtaa – kasvattamalla Loviisan voimalaitoksen hyötysuhdetta voidaan parantaa parhaimmillaan 32,75%:sta 32,85%:iin. Syöttöveden esilämmittimien lämmönsiirtopintaa lisäämällä saadaan suurempi parannus hyötysuhteeseen: 32,75%:sta 32,99%:iin. Näissä tapauksissa muutettiin kaikkia väliottohöyrylinjoja tai syöttöveden esilämmittimien lämpöpintoja. Työssä tarkasteltiin myös joitakin pienempiä muutoskohteita, joista paras hyötysuhteen kasvu saatiin korkeapaine-esilämmittimien lämmönsiirtopintaa kasvattamalla sekä toisen väliottohöyrylinjan (RD12) ja sitä vastaavan syöttöveden esilämmittimen muutosten yhteisvaikutuksena.

In this thesis, the improvement of cycle efficiency at a pressurized water reactor nuclear power plant is researched. First of all, common methods for the improvement of cycle efficiency in ideal vapour power cycle are examined. Then the most adequate ways are selected for study in a real power plant: making the regenerative feed water heating more effective by increasing the steam flow in the bled steam pipes and by increasing the heat-exchange surface of the feed water pre-heaters.

The purpose is to find the best possible efficiency by changing the bled steam pipe size and the number of the feed water pre-heater tubes. In the discrete optimization the iteration step is defined by partial derivative of the efficiency. The changes are simulated in APROS simulation software where the model used is VVER-440 made from the Loviisa power plant.

Based on this study, it can be stated that only by enlarging the bled steam pipes and thus, increasing mass flow in the pipes, the cycle efficiency of the Loviisa power plant can be improved from 32,75% to 32,85%. By increasing the heat-exchange surface of the feed water pre-heaters the cycle efficiency could be improved from 32,75% to 32,99%. In these cases of maximum improvement, all the bled steam pipes and the pre-heating surfaces were changed. Some cases of minor improvement were examined, as well. The best improvement of the efficiency in these cases was achieved by the increasing the surface of the high-pressure pre-heaters and by the combined effect of the changes in the second bleeding (RD12) and the corresponding pre-heater.