Основные узлы, принцип работы парогенератора, их сравнительный

анализ (2 часа)

 

К основным конструктивным узлам ПГ в общем случае относятся:

1.Экономайзер. Его назначение – нагрев воды до температуры насыщения.

2. Испаритель. Он предназначен для превращения воды в пар. В зависимости от типа ПГ вода превращается в пар полностью за один проход через испаритель(прямоточные ПГ) или частично(ПГ с естественной многократной циркуляцией).

3.Первичный пароперегреватель. В нем происходит перегрев, то есть увеличение температуры выше температуры насыщения. В ПГ к реактору БН – 600 насыщенный пар с температурой 370 ⁰С перегревается  до 505 ⁰С. Первично перегретый пар поступает на вход в турбину. Иначе его называют в литературе свежим или острым (из-за большого давления).

4.Вторичный или промежуточный пароперегреватель. Здесь перегревается пар, поступающий после ЦВД турбины, поэтому его давление намного меньше давления первичного пара. Для примера выше: параметры первично перегретого пара 14МПа и 505 ⁰С, а пара после промежуточного (вторичного) перегревателя – 2,55МПаи 505 ⁰С.

5.Корпус. Он выдерживает давление среды: теплоносителя или рабочего тела и служит для расположения в нем внутрикорпусных узлов (устройств). Как правило – это цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами.

6.Сепарационное устройство. Применяется в парогенераторах насыщенного пара и служит для улавливания (сепарации) влаги, присутствующей во влаге. Применяются жалюзийные и центробежные сепараторы. Влажность пара не должна превышать 0,25%.

7.Устройства для подвода и равномерного распределения питательной воды на входе в трубчатку и на выходе из ПГ (пароприемный щит).

8.Коллектора или камеры теплоносителя на входе и выходе ПГ.

9.Средства контроля и измерений (расходомеры, уровнемеры и др)

10.Тепловая изоляция корпуса ПГ.

Экономайзер, испаритель и пароперегреватели конструктивно представляют собой трубный пучок. При этом они могут быть разделены конструктивно с помощью коллекторов или быть частью единой трубчатки. Желательно, чтобы трубки пучка были цельные, без сварных швов, так как их скорость коррозии больше, чем основного металла. При этом швы удовлетворяют условию прочности. Вторичный пароперегреватель представляет собой трубный пучок низкого давления и всегда отделен конструктивно от испарителя.

В корпусных ПГ вся трубчатка, включая промперегреватель, размещена в одном корпусе.

В секционном исполнении ПГ состоит из параллельно включенных по теплоносителю и рабочему телу секций, каждая из которых включает в общем случае экономайзер, испаритель и оба пароперегревателя. При этом все секции одного ПГ включены в один циркуляционный контур (нитку), число которых равно числу ПГ.

В секционно – модульном ПГ каждая секция состоит из модулей: экономайзера - испарителя, первичного пароперегревателя и вторичного пароперегревателя. Пароперегреватели включаются параллельно по теплоносителю и рабочему телу. Модули испарителя и пароперегревателя включены по обеим средам последовательно.

В парогенераторах с естественной многократной циркуляцией рабочее тело движется на участке испарителя за счет движущего напора ∆Р_ДВ, который создается из-за разности плотности воды на опускном участке и плотности пароводяной смеси на подъемном участке – испарителе:  

∆Р_ДВ = g·h·(ρ^٫ - ρ_см),

 

где g = 9,8 м/c²; h – высота контура естественной циркуляции; ρ^٫, ρ_см - плотность соответственно насыщенной воды и пароводяной смеси. Из формулы следует, что при критических и сверхкритических параметрах пара движущий напор равен нулю, так как плотности насыщенных воды и пара равны. Поэтому для таких ПГ максимальное давление пара составляет 16…18МПа, но с учетом требования надежной циркуляции – 14МПа.

Отношение расхода воды на входе в испаритель к расходу пара на выходе называется кратностью циркуляции:

k = G_оп/D = 6…8,

где G_оп – массовый расход воды на опускном участке; D – массовая паропроизводительность. Кратность циркуляции показывает количество проходов воды через испаритель для полного ее превращения в пар. Поэтому такая циркуляция называется многократной. Кратность циркуляции выбирают такой, чтобы массовое расходное паросодержание соответствовало пузырьковому режиму кипения, замечательная особенность которого – большой коэффициент теплоотдачи. На практике Х = 15…17%.

Пароводяная смесь после испарителя поступает в сепаратор, где вода – сепарат улавливается и возвращается на вход в опускной участок и далее в испаритель.

В экономайзере и пароперегревателе вода и пар движутся за счет напора, создаваемого питательным насосом.

При парообразовании растет содержание примесей в воде, вследствие меньшей растворимости веществ в паре. С другой стороны, по мере концентрирования примесей в воде они в большем количестве переходят в пар из-за роста концентрационного напора, что в итоге снижает качество пара. Поэтому в ПГ с естественной многократной циркуляцией предусматривается непрерывная продувка котловой воды в количестве 2…5% от паропроизводительности. С помощью нее выводятся растворенные примеси. В процессе работы ПГ имеет место шламообразование, в основном, из продуктов коррозии. Шлам выводится с помощью периодической продувки.

В ПГ с естественной многократной циркуляцией могут иметь место такие режимы как застой и опрокидывание циркуляции. Это ухудшает условия работы трубчатки так, что она может разрушиться из-за увеличения температуры стенки. Также увеличивается скорость накопления отложений, что интенсифицирует коррозионные процессы. Для повышения надежности циркуляции можно установить насос на опускном участке, то есть организовать комбинированную (естественно – принудительную) циркуляцию. Однако это усложнит конструкцию аппарата и условия его работы.

В прямоточных ПГ вода за один проход полностью превращается в пар, поэтому пароводяной тракт таких ПГ полностью разомкнутый, включая и испаритель. Циркуляция рабочего тела в контуре вынужденная, то есть вода, кипящая вода и пар движутся за счет напора, создаваемого насосом. Непрерывная продувка котловой воды не применяется.

Сравнительный анализ ПГ

К достоинствам ПГ с естественной многократной циркуляцией в сравнении с прямоточными относятся:

1. Наличие аккумулятора примесей и непрерывной продувки котловой воды, из-за чего снижаются требования к качеству питательной воды и, как следствие, затраты на водоподготовку.

2.Отсутствие зоны доупаривания, где концентрация хлорид – ионов и сульфатов во влаге может достигать значений, превышающих допустимые, из-за чего растет скорость коррозии конструкционных материалов. Усложняется задача выбора материала трубчатки.

3.Невозможен кризис теплообмена второго рода в испарителе, что повышает надежность трубчатки.

4.Больше запас воды во внутрикорпусном пространстве ПГ, из-за чего увеличивается продолжительность теплоотвода в активной зоне реактора при аварии с потерей питательной воды.

5.Возможна циркуляция в испарителе при останове питательного насоса.

Основные недостатки:

1. Больше металлоемкость и габариты, что особенно важно для ПГ большой мощности. Причина – сепарационные устройства.

2.Не могут вырабатывать пар сверхкритических параметров.