Вертикальный ПГ с естественной многократной циркуляцией

водообогреваемый (2 часа)

 

Питательная вода подается в нижнюю часть ПГ, подогревается до температуры кипения на экономайзерном участке и поступает в испарительный участок. После испарительного участка установлены циклонные сепараторы с осевым подводом к ним пароводяной смеси. Окончательную осушку пара осуществляют в вертикальных жалюзийных сепараторах. Отсепарированная вода из циклонов и жалюзийных сепараторов по кольцевому каналу, образованному корпусом и кожухом трубного пуч­ка, поступает в испарительный участок, где смеши­вается с нагретой до температуры кипения пита­тельной водой. Таким образом, контур естествен­ной циркуляции имеет выделенные подъемный (межтрубное пространство испарительной части пучка труб) и опускной (кольцевой канал) участки, что улучшает условия движения пароводяной сме­си в межтрубном пространстве. Материалы для труб, коллектора, корпуса такие же, как и в гори­зонтальном ПГ блока ВВЭР-1000. Диаграмма ПГ приведена на рис.2,а. Выделение экономайзерного участка позволяет увеличить сред­ний температурный напор в ПГ, что видно из формул:

t_S = t₁^” - ∆t_min +  - экономайзер выделен (рис.2,а);

t_S = t₁^” - ∆t_min - экономайзер совмещен с испарителем по существу (рис.2,б).

Рисунок 9. ПГ с подводом питательной воды снизу:

1-люк-лаз; 2-корпус; 3-кожух (обечайка) трубного пучка; 4-штуцеры уровнемеров; 5- сепаратор жалюзийный; 6- люк-лаз; 7- штуцер аварийного подвода воды; 8- штуцер непрерывной продувки; 9- ширма трубчатки; 10-штуцер периодической продувки; 11-коллектор теплоносителя; 12-разделительная обечайка коллектора; 13-раздающий (торовый) коллектор питательной воды; 14-штуцер дренажа

 

 

Основные характеристики ПГ:

Тепловая мощность,МВт...... …………….792           

Паропроизводительность, кг/с…. ……...414

Параметры пара: давление, МПа…      ……….7,2

температура, °С..................... …………….286,4

Влажность пара, %.........................................0,2

Температура питательной воды, ⁰С…….....220

Расход теплоносителя, кг/с.. …………….4070

Параметры теплоносителя:

давление, МПа.................... ……………….16

температура, ⁰С:

на входе........................... ……………..322,3

на выходе........................ ………………..288

Площадь теплопередающей поверхности – 7835 м²

Типоразмер  трубок пучка, мм  ………..16x1,5

Число труб............................. ……………..11 880

Количество ширм…………………………….330

Внутренний диаметр коллектора, мм…….1250

Число циклонных сепараторов……………….156

Диаметр циклонных сепараторов, мм 248x3

Число пакетов жалюзийных сепараторов.. 78

Размер пакета, мм................. ………….780x400

Внутренний диаметр корпуса ПГ, мм…….4000

Толщина корпуса, мм........... ………………105

Высота корпуса, м................ ………………16,8

Масса ПГ, т............................ ……………….408

Запас воды на единицу электрической мощ­
ности, кг/МВт........................ ……………….125

Пучок труб теплопередающей поверхности со­бран из ширм, радиально установленных относи­тельно коллектора теплоносителя. Каждая ширма состоит из нескольких W-образных змеевиков, скрепленных дистанционирующими элементами. Змеевики каждой ширмы завальцованы в верти­кально расположенный по центральной оси ПГ круглый коллектор.

Внутренними перегородками коллектор разделен на две камеры: раздающую (верхнюю) и собирающую (нижнюю). Определенный интерес представляет проект подобного ПГ с «пучком расхолаживания», в кото­ром трубный пучок разделен на две части — верх­нюю и нижнюю. Вертикальный цилиндрический коллектор внутренними выгородками делится на две части для параллельного питания теплоносите­лем верхнего и нижнего пучков. Патрубки подвода и отвода теплоносителя расположены между ними.

Компоновку трубных пучков, расположение патрубков подвода и отвода теплоносителя выби­рают так, что при снятой крышке реактора теплоно­ситель заполняет трубы теплопередающего пучка и образует контур естественной циркуляции: реак­тор — ПГ. Таким образом, нижний теплопередающий пучок играет роль теплообменника расхола­живания.

Радиальные (прямые) ширмы имеют существенный недостаток – большое свободное пространство на периферии трубчатки, что снижает компактность пучка и, тем самым, увеличивает его диаметр и диаметр корпуса. В результате растет металлоемкость ПГ. Для устранения этого недостатка во ВНИИАМ были разработаны и запатентованы эвольвентные ширмы (рис. 10). Позже были разработаны L –образные ширмы с укороченным коллектором теплоносителя (рис. 11).

Рисунок 10. Конструктивные формы ширмы

Достоинства такого коллектора сводятся к следующему:

- уменьшается металлоемкость коллектора и ПГ в целом;

- уменьшается объем теплоносителя в контуре;

- граница экономайзер – испаритель располагается выше коллектора, что исключает его температурные пульсации и повышает надежность работы ПГ. Эти пульсации обусловлены перемещением границы вверх и вниз при возможных нарушениях баланса расход-тепло.

 

 

Рисунок 11. L – образные ширмы с укороченным коллектором теплоносителя

 

В таких ширмах количество гибов значительно меньше, а поэтому проще обеспечить дистанционирование соседних трубок, между которых зазор равен 3…4 мм. Кроме этого значительно снижается высота коллектора, а поэтому его металлоёмкость. пульсации металла коллектора.

 

Лекция № 8

Прямоточные парогенераторы, обогреваемые водой (2 часа)

 

Параметры реакторов ВВЭР позволяют осуще­ствлять в ПГ слабый перегрев пара до 25—30 °С, что повышает КПД станции и облегчает работу па­ровпускных устройств турбины.

В принципе перегрев пара возможен в ПГ с есте­ственной циркуляцией как горизонтальной, так и вертикальной конструкции. Однако сложности раз­мещения в одном корпусе испарительных и перегревательных поверхностей нагрева, разделенных сепарационными устройствами, практически непреодо­лимы для горизонтального ПГ большой еди­ничной мощности.

Для ПГ АЭС с ВВЭР перегрев пара наиболее приемлем в прямоточном варианте. В конструк­торских бюро России были разработаны проекты нескольких вариантов таких ПГ.

Рассмотрим конструкцию ПГ,  с жестко защемленными трубными решетками (досками), представленную на рис.12.

Кроме способа циркуляции рабочего тела на испарительном участке прямоточный ПГ имеет следующие существенные отличия от вертикальных парогенераторов с естественной циркуляцией:

1. Горизонтальная трубная доска, которая оказывает большое отрицательное влияние на надёжность парогенератора. На нижней трубной решётке в процессе работы накапливается

 

Рисунок 12. Прямоточный парогенератор:1— входная камера теплоносителя; 2 — трубная дос­ка; 3 — трубы поверхности теплообмена; 4 — патру­бок выхода пара; 5 — коллектор питательной воды; 6 — корпус ПГ; 7 — кожух трубного пучка; 8 — трубная доска; 9 — вы - ходная камера теплоносителя

шлам, что приводит к подшламовой коррозии электрохимического характера. Вследствие этого трубчатка выходит из строя. Так, например, в парогенераторах фирмы «Вестингауз» трубчатка первых парогенераторов была выполнена из инконеля 600, и оказалось, что этот сплав недостаточно стоек к коррозии, вследствие чего он был заменён на инкаллой 800, содержащий 30 % никеля.

 2. Трубчатка выполнена из прямых труб, важное достоинство которых - простая геометрия, поэтому они высокотехнологичны при изготовлении. Трубки жёстко соединены с корпусом (через трубные доски), поэтому необходимы меры для компенсации температурных напряжений, так как прямые трубки не обеспечивают самокомпенсацию.

3. В прямоточном парогенераторе есть зона доупаривания, в которой влагосодержание снижается до нуля. В этой зоне присутствуют мелкие капли влаги, в которых концентрация ионов хлора достигает больших значений: 100-1000 мг/кг и более в зависимости от давления пара. Меньшее значение соответствует большему давлению, так как с ростом давления растворимость веществ в паре возрастает и в воде остаётся меньше ионов хлора. Поэтому при Р = 6…8 МПа сталь 12Х18Н10Т противопоказана в качестве материала трубчатки, так как она склонна к межкристаллитной коррозии под напряжением, которая интенсифицируется в присутствии хлорид – ионов.  

4.Применяется интенсификация теплообмена (в проекте ПГ СКБ ВТИ) на экономайзерном и пароперегревательном участках. На экономайзерном – вытеснитель, который представляет собой трубы ø 21мм, внутри которых располагаются трубки Ø 16 мм.

Трубки вытеснителя приварены к верхней цилиндрической и конической решёткам. С помощью вытеснителя повышается скорость воды на экономайзерном участке, а поэтому число Nu и  по стороне воды второго контура. Назначение конической нижней обечайки – обеспечить равномерное распределение воды второго контура (питательной воды) по сечению трубчатки. На пароперегревательном участке интенсификация выполняется за счёт цилиндрических стержней Ø 7 мм. Принцип интенсификации – такой же. Снижение проходного сечения для пара и как следствие увеличение скорости пара (растут Nu и ):

;

.

На рис. 12 показан парогенератор, в котором компенсация разности температурных удлинений трубчатки и корпуса осуществляется с помощью подбора конструкционных материалов трубчатки и корпуса и их температуры. Температура корпуса может изменятся за счёт варьирования расположения патрубков питательной воды и пара. При расположении патрубков пара ниже температура корпуса будет расти, а при повышении отметки патрубков питательной воды – температура корпуса снижается.

Такой способ был реализован в парогенераторах фирмы «Вестингауз» на АЭС «Окони» в США.

ВТИ был предложен способ компенсации температурных удлинений с помощью жидкометаллического уплотнения (рис. 13)

 

Рисунок 13. Жидкометаллическое уплотнение

 

Такой аппарат называется парогенератором с плавающей трубной доской. Уплотнение осуществляется с помощью набора сеток, пропитанных композицией, которая при работе ПГ находится в жидком состоянии и герметизация межтрубного пространства (2 контура) осуществляется за счёт силы поверхностного натяжения жидкометаллического сплава. Сетка прижимается к уплотняемым поверхностям (к горловине корпуса и к входному патрубку теплоносителя) с помощью графитового кольца и прижимного фланца. В центре межтрубного пространства аппарата (в проекте ВТИ) располагается центральная труба, которая служит для организации запаса воды на случай аварии с потерей питательной воды. Над центральной трубой располагается тепловая защита, которая предотвращает наброс «холодной» воды на верхнюю трубную решётку.

Для предотвращения подшламовой коррозии трубчатки в зоне нижней трубной доски предусмотрены меры для предотвращения накопления шлама:

1. Увеличена величина недогрева питательной воды до насыщения (t_ПВ = 200 ⁰С).

2. Увеличена скорость воды (вытеснитель), которая обеспечивает вынос шлама в зону испарителя.

3. Предусмотрены устройства для смыва шлама в центральную зону трубной доски, а далее из аппарата с помощью продувки. Смыв шлама осуществляется с помощью струйных аппаратов, т.е. сопел, обеспечивающих большую скорость воды.

На рис. 14 показана диаграмма парогенератора, из которой следует, что ПГ вырабатывает перегретый пар.

Рисунок 14. t-Q диаграмма ПГ