Зорин В.М. Атомные электростанции

давления, посредством чего в камеру смешения, находящуюся за соплом, подсасывается инжектируемая среда. Далее в диффузоре давление смеси несколько повышается.

В аппаратах конденсационной установки в качестве рабочей среды используют пар (пароструйные эжекторы) или воду (водовоздушные эжекторы). Эжекторы конденсационных установок кроме удаления из конденсатора парогазовой смеси применяют также для отсоса паровоздушной смеси из концевых камер уплотнений турбины и создания сифонов (условий для перелива воды) в циркуляционных водоводах СТВС (см. рис. 8.1, поз. 13). Для создания необходимого давления (разрежения) в конденсаторе при пуске ПТУ используются специальные пусковые эжекторы (ПУ), характеризующиеся меньшим расходом рабочего тела (пара), большей производительностью по отсасываемому воздуху и меньшим повышением давления.

Чтобы исключить потери рабочего тела, пароструйные эжекторы конструируются вместе со специальными теплообменными устройствами — охладителями (конденсаторами). Для пусковых эжекторов охладители, как правило, не предусматривают, а отсасываемую паровоздушную смесь сбрасывают непосредственно в атмосферу.

В охладителях теплота конденсации пара используется для подогрева основного конденсата после конденсатора турбины. Таким образом в состав КУ включаются как основные эжекторы (ОЭ) конденсаторов турбины, так и эжекторы уплотнений (ЭУ).

Тепловая схема конденсационной установки с пароструйными эжекторами представлена на рис. 14.11. Схема включения водовоздушных эжекторов показана ранее (см. рис. 6.1).

При пуске блока подача основного конденсата в систему регенерации ПТУ и далее в ППУ может быть существенно меньшей, чем при номинальном режиме работы. В то же время требуется работа пароструйных эжекторов на полной мощности, в том числе и их охладителей. Поэтому в режимах пуска насосы КУ работают на полной подаче, а избыточный расход конденсата возвращается в конденсатор по линии рециркуляции.

При наличии блочной обессоливающей установки в схеме конденсационной установки является обязательной двухподъемная схема перекачки конденсата. Это объясняется возможностью заметно снизить давление, на которое необходимо рассчитывать фильтры БОУ. Используемые на электростанциях фильтры БОУ — это аппараты с диаметром корпуса до 3,4 м и расчетным давлением не более 1,0 МПа.

Кроме того, конденсатные насосы первого подъема, как правило, тихоходные, что позволяет им работать с небольшим подпором на всасе. Допустимый кавитационный запас, т.е. превышение на всасе давления насыщения при температуре поступающей к насосу жидкости, для насосов типа КсВ равен 2—2,5 м. Появляется возможность скон-

221

струировать конденсатные насосы второго подъема с оптимальной частотой вращения и тем самым улучшить экономичность установки.

В каждой группе, как правило, три насоса — по 50 % номинальной

подачи каждый, из них один — резервный.

Параметры рабочего тела, передаваемого после КУ в систему

регенеративного подогрева, рассчитываются следующим образом:

Температура на входе в систему регенерации (на выходе из КУ) tвх

р

больше температуры конденсата t , забираемого из конденсатора, на

к

значение его подогрева в конденсатных насосах t и во входящем

к.н

в состав КУ теплообменном оборудовании t . Подогрев в конден-

т.о

саторах пара пароструйных эжекторов, основного и уплотнений, как правило, невелик (примерно 2 °С); подогрев в насосах рассчитывается по их давлению (напору).

Давление на входе в систему регенерации pвх определяется сум-

р

марным повышением давления в конденсатных насосах р и гид-

к.н

равлическими сопротивлениями теплообменного оборудования, БОУ, регулирующего клапана уровня в конденсаторе (или клапана рециркуляции) и соединительных трубопроводов. Значения гидравлических сопротивлений, ориентировочно могут быть приняты:

Необходимое давление конденсатного насоса первого подъема определяется указанными гидравлическими сопротивлениями и требуемым подпором на всасе конденсатного насоса второго подъема (0,2—0,3 МПа). Необходимое давление конденсатного насоса второго подъема определяется гидравлическим сопротивлением тракта системы регенерации низкого давления и давлением в деаэраторе или на всасе питательного насоса при бездеаэраторной схеме.

14.6. Особенности конденсационной установки

одноконтурных атомных электростанций

Конденсационная установка одноконтурных АЭС с турбинами на насыщенном паре имеет особенности, обусловленные радиоактивностью пара и повышенным содержанием неконденсирующихся газов, в основном кислорода и водорода, образующихся в реакторе в результате радиолиза воды.

222

определенных давлении, температуре и концентрации в паре. Исследованиями установлено, что наличие гремучей смеси в паре не является опасным для конденсатора при различных режимах его работы. Не оказывает она заметного влияния и на процесс теплообмена, поскольку ее содержание в паре соизмеримо с содержанием подсасываемого воздуха.

Реальная возможность образования условий для детонации гремучей смеси имеется в холодильниках пароструйных эжекторов. Поддержание взрывобезопасной концентрации гремучей смеси и ее сжигание производятся специальной (вспомогательной) системой, обеспечивающей нормальную эксплуатацию конденсационной установки. На рис. 14.12 показана такая система — система сжигания водорода, подключенная к трехступенчатому пароструйному основному эжектору. Гремучая смесь в присутствии губчатой платины горит. На этом основан принцип действия контактного аппарата. Для ускорения реакции в контактном аппарате поступающую в него смесь подогревают в электронагревателе. Для предотвращения образования взрывоопасной концентрации смесь после холодильника третьей ступени может разбавляться паром, для чего предусмотрена специальная линия. После конденсатора контактного аппарата несконденсировавшиеся газы направляются на выдержку в газгольдеры или в систему спецгазоочистки для того, чтобы их радиоактивность перед сбросом в вентиляционную трубу и затем в атмосферу соответствовала установленным нормам.

Контрольные вопросы и задания

1.В чем заключается назначение конденсационной установки?

2.Почему стремятся поддерживать возможно меньшее давление в конденсаторе турбины?

3.От каких параметров зависит давление в конденсаторе?

4.Определите давление в конденсаторе турбины, если известны: температура охлаждающей воды на входе — 30 °С; ее расход — 6 тыс. кг/с; площадь

2

теплообменной поверхности — 9110 м ; коэффициент теплопередачи —

2

2,4 кВт/(м æК); недогрев охлаждающей воды — 4 °С.

5.Как изменится давление в конденсаторе, если по сравнению с условиями предыдущей задачи кратность охлаждения уменьшится в 2 раза?

6.Что может дать увеличение скорости охлаждающей воды в трубках конденсатора и почему эту скорость ограничивают?

7.Определите значение присоса в конденсаторе, если проведенные анализы показали, что общее солесодержание охлаждающей воды равно 800 мг/кг, а конденсата — 40 мкг/кг.

8.Каким образом изменится эффективность работы ПТУ при выходе из строя основного эжектора конденсационной установки?

224

9.Возможен ли нулевой расход отсасываемого основным эжектором КУ

пара?

10.Назовите основные требования к конструктивному выполнению конден-

сатора.

11.Почему стремятся уменьшить гидравлическое сопротивление конденсатора по стороне конденсирующегося пара? Каков порядок значения этого сопротивления в конденсаторах эксплуатируемых турбин?

12.Определите минимальные температурные напоры в двух конденсаторах турбины при последовательном их соединении по охлаждающей воде, если при параллельной работе подогревы воды и минимальные температурные напоры в обоих конденсаторах соответственно равны 10 и 4 °С.

13.Назовите основные элементы оборудования, входящие в состав конденсационной установки.

14.Почему в конденсационных установках АЭС используется, как правило, двухподъемная схема перекачки конденсата?

15.Опишите работу системы сжигания водорода на одноконтурной АЭС (по рис. 14.12).

225

Глава 15

СИСТЕМА РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВА

ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ

Другое название рассматриваемой системы — система регенерации теплоты. Часть теплоты, полученной рабочим телом в паропроизводительной установке и подведенной к турбине, используется для подогрева воды перед ее возвращением в ППУ. За счет этого при неизменной тепловой мощности ППУ увеличивается ее паропроизводительность, что в определенной мере компенсирует уменьшение расхода пара в проточной части турбины, частично отводимого из нее в систему регенерации. Введение системы регенерации теплоты позволяет получить прирост абсолютного внутреннего КПД ПТУ примерно до 14 % (относительных), и ее применение считается обязательным.

Подогрев питательной воды перед ее возвращением в ППУ осу-

ществляется за счет конденсации части пара, частично отработавшего в турбине, в специальных теплообменниках — регенеративных подогревателях. Для отвода части пара из турбины в ней конструи-

руются специальные камеры, называемые камерами отбора пара или просто отборами пара. В тепловой схеме современных ПТУ устанавливаются подогреватели двух типов — смешивающие и поверхностные. В первых конденсация пара происходит на струях нагреваемой воды, во вторых теплота от пара к воде передается через разделяющую их поверхность нагрева, выполненную из труб. Кроме подогревателей, в систему регенерации входят насосы и, как правило, специальные теплообменные аппараты — деаэраторы; могут входить также теплообменные устройства с иной греющей средой (ею не является пар, специально выводимый из турбины).

Таким образом, система регенеративного подогрева питательной воды — это совокупность оборудования со связями между ними, основное назначение которой — подогрев воды за счет теплоты конденсации пара, частично отработавшего в турбине, и подача подогретой воды в паропроизводительную установку.

В связи с тем что между регенеративными подогревателями может быть установлено другое оборудование, в котором повыша-

ется температура питательной воды, оправдано введение термина «ступень регенеративного подогрева» — это совокупность одного

226

или нескольких (как правило, не более двух) подогревателей, подключенных к одному отбору пара из турбины, а также другого оборудования. Границами ступени регенеративного подогрева являются вход нагреваемой воды в регенеративный подогреватель данной ступени (если подогревателей два или больше, то в тот из них, где температура воды наименьшая) и вход воды в регенеративный подогреватель следующей ступени с большим давлением греющего пара. Проектирование системы регенерации заключается в том, чтобы выбрать из возможных вариантов такой состав оборудования, способ его объединения, значения управляемых параметров, которые обеспечили бы наилучшие функциональные свойства электростанции — ее экономичность и надежность.

Система регенеративного подогрева питательной воды (или система регенерации теплоты) — важная подсистема паротурбинной установки. Ее проектирование связано с выбором большого количества управляемых параметров как структурных, так и числовых. Для обоснования последних выполнено немало термодинамических исследований, в которых, как правило, принимался ряд допущений.

Такие исследования проводят и в настоящее время, преследуя цель приблизиться к условиям работы реальной установки и глубже понять взаимовлияние ее различных параметров.

Для системы регенерации ПТУ, в первую очередь, должны быть определены следующие важнейшие ее параметры:

•число регенеративных подогревателей;

•конечная температура подогрева питательной воды;

•подогрев воды в каждом регенеративном подогревателе.

15.1. Роль системы регенерации теплоты в тепловой схеме ПТУ

Для оценки роли регенерации теплоты сравним две ПТУ, принципиальные тепловые схемы которых показаны на рис. 15.1. Для упрощения анализа будем считать пренебрежимо малыми подогревы воды в насосах, гидравлические сопротивления, потери теплоты в окружающую среду и потери рабочего тела. Расходы рабочего тела выразим в относительных единицах — долях расхода пара, подводимого к турбине: α = D /D , i = 1, 2, …, n, k (см. рис. 15.1, а). Это озна-

ii 0

чает, что анализ будет проводиться в расчете на единицу относитель-

ного расхода пара на турбину (α = D /D = 1). Энтальпия

0 0 0

питательной воды при принятых допущениях есть энтальпия воды на

227

Рис. 15.1. Принципиальные тепловые схемы ПТУ с системой регенерации (а) и без нее (б)

Запишем формулы для расчета основных характеристик ПТУ без

Для паротурбинной установки с системой регенерации запишем аналогичные формулы. Количество подводимой теплоты, отнесен-

Для внутренней работы турбины можно записать

n

wi p = αк(h0 – hк ) + ∑ αj (h0 – hj ) = wi к + wi отб ,

j = 1

где α — относительный расход пара в конденсатор; w — работа

пара, выводимых в отборы турбины для подогрева питательной воды в регенеративных подогревателях.

Количество теплоты, отводимой в конденсаторе,

228

Энергетический баланс ПТУ в этом случае запишется в виде

Для внутреннего абсолютного КПД запишем последовательно следующие одно из другого выражения, использовав полученные ранее формулы:

η — внутреннему абсолютному коэффициенту полезного действия

i

ПТУ без регенерации теплоты [см. (15.1)]. Введем также обозначение для отношения работы потоков пара, выводимых из турбины для регенеративного подогрева воды, к работе потока пара, проходящего

w

мулы), и η тем больше, чем больше значение коэффициента А.

i р

Отсюда следует вывод, что применение регенерации безусловно выгодно.

Для современных ПТУ использование теплоты пара из отборов турбины для подогрева питательной воды, направляемой в ППУ, является обязательным. При этом по сравнению с тепловой схемой без системы регенерации относительная (в расчете на единицу расхода пара, подводимого к турбине) внутренняя мощность уменьшается примерно до 80 % (w ≈ 0,8w ), а относительный расход теплоты —

увеличивается примерно на 14 % (относительных), что существенно.

229

15.2. Распределение подогрева питательной воды между

регенеративными подогревателями

В целях ознакомления с методикой получения одного из часто применяемых при проектировании систем регенерации решений рассмотрим схему, аналогичную той, что представлена на рис. 15.1, а, но с одним подогревателем смешивающего типа. Пар, отводимый от отбора турбины, конденсируется на струях воды, подаваемой в подогреватель, и на выходе из него имеем суммарный расход с энтальпией насыщения воды при давлении в отборе турбины (гидравлическим сопротивлением паропровода от турбины до подогревателя пренебрегаем). Так же, как и в § 15.1, расходы рабочего тела будем выражать в относительных единицах: расход пара на турбину

α = 1, расход пара из отбора турбины α . Тогда расход воды на

вх

=α + α = 1. В обозначениях энтальпий потоков будем использо-

в1 1

вать те же индексы, что и для расходов.

Из уравнения теплового баланса для подогревателя

α h = α h + (1 – α )hвх

получим выражение для расхода пара из турбины:

h= h – h — удельная теплота, отдаваемая паром воде.

п1 п1 в1

Запишем формулы для расчета основных характеристик ПТУ:

В этих уравнениях h — энтальпия пара на входе в конденсатор;

к

h ′ — энтальпия конденсата после конденсатора, и в соответствии с

к

принятыми допущениями hвх = h ′ .

в1 к

После преобразований из записанных уравнений следует энерге-

230