Прямоточные парогенераторы

Развитие технологии очистки питательной воды, в частности водоочистки с помощью ионообменных смол, сделало возможным получение питательной воды исключительно высокого качества. Величина сухого остатка обычно составляет менее 1 мг/кг, а иногда менее 0,1 мг/кг.

В последние годы достигнуты успехи в технологии водоподготовки, что дало возможность исключить из конструкции парогенератора барабан и многие сборные камеры, перейдя от барабанных к прямоточным парогенераторам. При их конструировании возникают значительно более сложные проблемы, поскольку пропорции между отдельными поверхностями нагрева и пакетами труб должны быть такими, чтобы во избежание неприятностей, связанных с гидродинамической неустойчивостью потока, обеспечивалось хорошее рас­пределение воды по отдельным трубам. Кроме того, тепловой поток в экономайзере, испарительной зоне и зоне перегрева пара должен быть достаточно большим, чтобы использовать преимущества, связанные с применением настенных трубчатых поверхностей нагрева. В то же время он должен быть не слишком высок, чтобы исключить опасность пережога труб. Проблема обеспечения гидродинамической устойчивости решается тем легче, чем выше рабочее давление в парогенераторе. Практически было признано неэкономичным изготавливать прямоточные парогенераторы на давления ниже 105 атм. Агрегаты, спроектированные для работы при дав­лении порядка 170 атм и выше, имеют отличные эксплуатационные харак­теристики. Указанное обстоятельство частично связано со значительно меньшей разностью плотностей воды и пара на линии насыщения при повышенных давлениях и частично с большими значениями коэффициента теплоотдачи к насыщенному пару при высоких давлениях.

Во избежание трудностей, связанных с гидродинамической неустойчивостью и местным перегревом, было признано наиболее целесообразным изготавливать экономайзерную и испарительную часть пароводяного тракта в виде вертикально расположенных труб, чтобы извлечь преимущества из стабилизирующего воздействия гравитационных сил. Большое внимание нужно, уделить обеспечению равномерности теплового потока, воспринимаемого всеми параллельно включенными трубами. Поскольку это весьма трудно сделать, то для исключения гидродинамической неустойчивости в работе параллельных труб оказывается весьма полезным (а обычно даже необходимым) шайбование труб на входе, чтобы привести в соответствие расходы воды в отдельных трубах с их тепловосприятием. Опыт эксплуатации свидетельствует о том, что оптимальная скорость пара в трубах на выходе из зоны испарения составляет 9-18 м/с при номинальной нагрузке парогенератора. При работе агрегатов, рассчитанных на меньшую поминальную скорость пара, возникали определенные трудности   с   обеспечением гидродинамической устойчивости при пониженных нагрузках и в процессе пуска. Большие скорости, однако, приводят к чрезмерным потерям давления.

Парогенераторы, рассчитанные на сверхкритические параметры. Были спроектированы и изготовлены прямоточные парогенераторы для работы при давлениях, превышающих критическое давление воды, т. е. 225,6 атм. В этих агрегатах отсутствует резкая граница раздела жидкой и паровой фаз по мере продвижения жидкости по тракту парогенератора. Отсутствует также резкое изменение физических свойств жидкости и коэффициента теплоотдачи.

Для парогенераторов, рассчитанных на сверхкритические параметры, особенно важным является вопрос механической прочности его элементов, поскольку рабочие давление и температура столь высоки, что весьма сложно избежать чрезмерных напряжений даже для наиболее прочных из нержавеющих сталей. Некоторые из новых жаропрочных сплавов кажутся весьма многообещающими, особенно хромоникелевомолибденовые стали с высоким содержанием никеля, обладающие большой прочностью при высоких температурах и сравнительно стойких к коррозии под действием хлоридов.

Специальные проблемы. Имеется много специальных проблем, связанных с парогенераторами паровых электрических станций, которые заслуживают хотя бы упоминания. Две из них — это пуск и останов. Практически основным фактором, ограничивающим скорость пуска парогенератора и набора им нагрузки, является коробление корпуса турбины. Последнее ограничивает изменение нагрузки 2%/мин. Однако даже при такой, кажущейся медленной, скорости изменения нагрузки должное внимание должно быть уделено выбору правильных соотношений между отдельными поверхностями нагрева и системе регулирования парогенератора, с тем чтобы обеспечить надлежащие давления, температуры и распределение воды в системе в процессе всего пуска (который может длиться много часов).