Zmieniony: sobota, 29 stycznia 2011 22:56

Reaktor wodny wrzący (BWR)

Reaktor typu BWR (Boiling-Water Reactor - reaktor wodny wrzący) jest drugim najpowszechniej stosowanym typem reaktora w energetyce jądrowej.

Schemat bloku z reaktorem BWR (fot. US NRC)

 

Jego budowa jest zbliżona do reaktora PWR z jedną zasadniczą różnicą - występuje tu tylko jeden obieg wody. Woda wrze i odparowuje już w zbiorniku ciśnieniowym (nie ma tu wytwornicy pary tak jak w przypadku PWR), a dokładnie w jego górnej części, gdzie mieści się separator i osuszacz pary. Odparowanie jest możliwe dzięki relatywnie niskiemu ciśnieniu wynoszącemu 7,5 - 8,0 MPa (podobnie jak w obiegu wtórnym PWR).

Uproszczony schemat reaktora BWR:

1 - rdzeń reaktora,
2 - wlot wody zasilającej,
3 - wylot pary do turbiny,
4 - poziom wody,
5 - pompa cyrkulacyjna,
6 - pompa strumienicowa,
7 - separatory pary,
8 - osuszacz pary

Woda przepływa albo przez pompy strumienicowe (jet pumps) albo przez pompy recyrkulacji wewnętrznej zapewniające dodatkową wysokość podnoszenia. Następnie kierunek przepływu wody zmienia się o 180 stopni i woda płynie w górę przez dolną płytę wsporczą rdzenia (lower core plate) do rdzenia, gdzie elementypaliwowe przekazują ciepło wodzie chłodzącej. Woda opuszczająca kanały paliwowe na poziomie górnej płyty prowadzącej (top guide) zawiera od 12 do 15% pary nasyconej. Wydatek przepływu przez rdzeń to typowo około 45 000 ton/h, w tym 6500 ton pary. Jednakże średnia frakcja parowa w rdzeniu jest znacznie wyższa i sięga 40%.

Grzanie w rdzeniu wytwarza ciąg termiczny, który wspomaga pompy recyrkulacyjne w utrzymaniu recyrkulacji wody w zbiorniku ciśnieniowym reaktora.

Reaktor BWR można zaprojektować tak, aby nie posiadał pomp recyrkulacyjnych i recyrkulację wody wewnątrz zbiornika reaktora utrzymuje wyłącznie ciąg termiczny. Jednakże wysokość ciśnienia wytworzona przez pompy recyrkulacyjne jest bardzo pomocna w kontrolowaniu mocy reaktora. Moc cieplną reaktora można łatwo zmieniać przy pomocy pomp recyrkulacyjnych przez samo zwiększanie lub zmniejszanie przepływu recyrkulacyjnego.

Ciecz dwufazowa (woda i para) nad rdzeniem napływa do obszaru wznoszenia (riser area) stanowiącego górny obszar wewnątrz powłoki rdzenia. Wysokość tego obszaru można zwiększyć, by zwiększyć wpływ konwekcji naturalnej na wysokość podnoszenia w recyrkulacji.

Bloki BWR w elektrowni jądrowej Olkiluoto w Finlandii (fot. Teollisuuden Voima Oy) - kliknij by powiększyć

Na górze obszaru wznoszenia znajduje się separator pary. Parę oddziela się przez nadanie cieczy ruchu obrotowego w separatorach cyklonowych.

Para unosi się ku górze w kierunku osuszacza pary natomiast woda pozostaje poniżej i wypływa w kierunku poziomym do rejonu szczeliny opadowej. W szczelinie opadowej łączy się ona z wodą zasilającą i cykl powtarza się od nowa.

Para nasycona przepływająca przez separator jest osuszana przy pomocy strzałkowej konstrukcji suszącej. Następnie para wypływa ze zbiornika przez cztery główne przewody parowe i płynie do turbiny, gdzie naciska łopaty turbiny i wywołuje jej ruch obrotowy. Turbina połączona jest z generatorem (np. za pomocą wspólnego wała napędowego), który zamienia energię ruchu obrotowego na energię elektryczną, która następnie jest przekazywana do sieci energetycznej.

Para z generatora kierowana jest do skraplacza gdzie przechodzi w stan ciekły co znacznie redukuje jej objętość i powoduje powstanie różnicy ciśnień niezbędnej do napędzania turbiny. Skroplona para, czyli woda wraca do do reaktora. Skraplacz oddaje ciepło albo do wież chłodniczych (chłodni kominowych) albo do ujęcia wody (np. rzeki, jeziora albo morza).

Charakterystyczną cechą reaktorów BWR jest umieszczenie napędów prętów z dołu obudowy (pręty są wsuwane od dołu do góry za pomocą podnośników hydraulicznych), co jest spowodowane umieszczeniem osuszacza pary w górnej części zbiornika ciśnieniowego.

Hala reaktora BWR podczas wymiany paliwa (blok Olkiluoto-1 w Finlandii, fot. Hannu Huovila/TVO) - kliknij by powiększyć	Wymiana paliwa w reaktorze BWR (blok Olkiluoto-1 w Finlandii, fot. Hannu Huovila/TVO) - kliknij by powiększyć

 

Obecnie na świecie pracują 93 reaktory typu BWR:

Państwo	Liczba bloków BWR
USA	35
Japonia	32
Niemcy	6
Szwecja	6
Tajwan*	4
Finlandia	2
Hiszpania	2
Indie	2
Meksyk	2
Szwajcaria	2

Źródło: World Nuclear Association

*Tajwan nie jest uznawany za państwo w rozumieniu prawa międzynarodowego przez Rzeczpospolitą Polską.

 

 

 

 

 

 

 

Obecnie producenci oferują następujące modele reaktorów BWR:

• ESBWR
• ABWR
• SWR-1000 (Kerena)