Зорин В.М. Атомные электростанции

П р и м е ч а н и е к т а б л. 15.4. Обозначения на рисунках: 1 — паропроизводительная установка; 2 — ЧВД турбины; 3 — ЧНД турбины; 4 — конденсатор; 5 —

насос; 6 — подогреватели системы регенерации теплоты; 7 — дополнительно устанавливаемый подогреватель; 8 — промежуточный пароперегреватель; 9 — сепаратор; 10 — первая ступень пароперегревателя; 11 — вторая ступень пароперегревателя; 12 — смеситель дренажей греющего пара пароперегревателя с питательной водой.

01

ступенчатого перегревателя; энтальпии рабочего тела показаны на рисунках.

паровой, то на него необходимо направить часть расхода пара, подводимого к турбине. В обоих случаях при постоянной тепловой мощности ППУ уменьшается расход пара в ЧВД турбины.

Более общим правилом является постоянство тепловой мощности, отводимой в конденсаторах турбины, в вариантах с дополнительным подогревателем с отбором греющего пара из индифферентной точки и без него (см. § П.3).

Учет индифферентной точки увеличивает подогрев воды в подогревателе, подключенном к «холодной» нитке промперегрева, по сравнению с другими подогревателями.

Пример. Определить положение индифферентной точки в ЦНД турбины с теп-

пии пара: на входе в турбину h = 2770 кДж/кг; на выходе из ЦВД (в «холодной»

0

= 2719 кДж/кг; на входе в ЦНД (после промперегрева) h = 2958 кДж/кг;

пп

энтальпия конденсата греющего пара перегревателя h ′ = 1197 кДж/кг.

0

Сначала решалась задача распределения подогрева воды между подогревателями, подключенными к ЦВД турбины, при температуре воды на выходе из пер-

вого подогревателя t = 216,2 °С [предварительно рассчитанной по формуле

в1

(15.13) при Θ = 0,85] и температуре воды на выходе из четвертого подогревателя, подключенного к «холодной» нитке промперегерва (см. следующий пример). По температурам и давлениям воды на выходе из подогревателей определялись их энтальпии, а также давления в отборах турбины. По h, s-диаграмме находились энтальпии греющего пара, затем составлялись уравнения теплового баланса для подогревателей, по которым рассчитывались расходы греющего пара. Результаты расчетов приведены в табл. 15.5.

251

Рис. 15.9. Принципиальная тепловая схема ПТУ (к примеру)

Для расчета h по формуле, приведенной для одноступенчатого паро-

инд

парового перегревателя во второй строке табл. 15.4, сначала определим:

удельный расход теплоты, подводимой к перегреваемому пару:

00

q= h – h = 2958 – 2719 = 239 кДж/кг;

пппп c

работу, производимую в ЦВД паром расходом 1 кг/с на входе в него (приве-

денный рабочий теплоперепад в ЦВД; h = h — энтальпия пара на выходе из

4 x

цилиндра):

=2770 – 2433 – 0,0603(2640 – 2433) – 0,0552(2572 – 2433) –

–0,0302(2504 – 2433) = 314,7 кДж/кг.

252

Расчетом получено

h= ------------------ H = -------------------------------æ314,7 = 40,3 кДж/кг

0в1

и

По h, s-диаграммe процесса расширения пара в ЦНД были найдены давление

рации паром, отводимым от ЦНД турбины, не должен производиться выше этой температуры, тогда как температура насыщения воды при давлении пара на входе в ЦНД равна 151,1 °С.

Приведенный пример демонстрирует сложность процедуры определения положения индифферентной точки: для расчета необходимы h, s-диаграмма процесса в турбине, знание параметров отборов пара из ЧВД. В то же время влияние промежуточного перегрева пара на распределение подогрева воды в системе регенерации может быть существенным. Вероятно, при разработке первых вариантов тепловых схем ПТУ следует использовать рекомендации, основанные на опыте проектирования, имея в виду и то, что рассчитанные температуры воды на выходе из подогревателей будут корректироваться после расчета турбины.

Установлено, что для ПТУ перегретого пара (t = 500 …560 °С)

0

термодинамически выгодно в подогревателе, обогреваемом паром из «холодной» нитки промежуточного перегревателя, обеспечить приращение температуры воды в 1,6—1,8 раза большее, чем в остальных подогревателях. Для ПТУ со сравнительно небольшим перегревом в паро-паровых аппаратах подогрев воды в таком подогревателе должен быть в 1,2—1,35 раза больше, чем в остальных.

Порядок проведения предварительного распределения подогрева питательной воды между подогревателями системы регенерации теплоты раскрывается в приводимом далее примере.

Пример. Определить по тепловой и общей экономичности температуру питательной воды и распределение подогрева между восемью регенеративными подогревателями паротурбинной установки со следующими параметрами: p =

денсационной установки). Задачу решить для следующих условий:

а) все подогреватели смешивающие, промежуточный сепаратор-паропере-

греватель не оказывает влияния на распределение подогрева;

б) структура системы регенерации — 2ПВД+Д (деаэратор постоянного дав-

ления, p = 0,69 МПа) + 3ПНД + 2ПНС (подогреватели низкого давления смеши-

д

вающие), давление установки промежуточного СПП (разделительное давление

турбины) p = 0,53 МПа.

разд

253

В обоих вариантах изменением удельной теплоты, отдаваемой паром в подогревателях системы регенерации, пренебречь.

Решать задачу будем, используя для конечной температуры питательной воды формулу (15.13), а для распределения подогрева — упрощенную формулу, следующую из (15.6) в предположении постоянства изобарной теплоемкости воды в системе регенерации:

вх

В этой формуле: t — температура питательной воды; t — температура воды

на входе в систему регенерации; n = 8 — число регенеративных подогревателей,

нумерация подогревателей — против хода нагреваемой воды; t — подогрев

в i

воды в подогревателе с номером i; t — подогрев воды между подогревате-

н j

лями j и j – 1 (в насосе или другом оборудовании); δt — минимальный темпера- j

турный напор (недогрев) в j-м подогревателе.

Вариант а)

По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара определим:

По условию максимума тепловой экономичности по формулам (15.13) и (15.14)

Будем считать, что максимум по общей экономичности достигается при

учета подогрева воды в насосах и t = 22,1 °С при учете подогрева в насосах.

вi

Вариант б)

Параметры воды в системе регенерации определим по общей экономичности

(Θ = 0,85, t = 216,2 °С) при возможно более полном учете особенностей реаль-

п.в

ной тепловой схемы. Примем, что два ПВД, деаэратор и один ПНД обогреваются паром из отборов ЧВД турбины, а два ПНД и два ПНС — из отборов ЧНД

(часть высокого или низкого давления турбины может быть реализована в одном

или нескольких цилиндрах: ЦВД или ЦНД). Если при этом окажется, что подо-

гревы воды в подогревателях значительно различаются, необходимо будет изменить число подогревателей, подключенных как к ЧВД, так и к ЧНД турбины.

Рассчитываемая тепловая схема ПТУ показана на рис. 15.9.

Сначала определим температуру воды после подогревателей, подключенных

254

Таблица 15.6

Температуры воды, °С, на выходе из регенеративных подогревателей ПТУ (см. рис. 15.9), рассчитанные при различных условиях

* Температура питательной воды будет выше за счет ее подогрева в насосе, что учитывалось при распределении подогрева.

** Температура питательной воды будет выше за счет подогрева в смесителе после ПВД, что в расчете не учитывается.

ключенном к «холодной» нитке промперегрева, получен равным t = 26,5 °С

в4

или на 26 % больше, чем средний в остальных ПНД.

На результатах расчета сказались условия, принятые при выводе формулы

(15.6), варианты которой использованы в примере. Так, значение t в варианте б)

в1

оказалось меньше рассчитанной t (влияние недогрева иллюстрировалось

п.в

рис. 15.5). Напомним еще раз о приближенности результатов, получаемых на основе рассмотренных методов, и о необходимости этих методов на начальных этапах проектирования тепловой схемы.

Определение наилучших значений основных управляемых параметров системы регенерации теплоты ПТУ — это комплексная, достаточно сложная задача, решаемая с помощью методов техникоэкономической оптимизации с расчетом показателей общей экономичности электростанции. Теоретические решения по выбору конечной температуры питательной воды, распределению подогрева между регенеративными подогревателями облегчают разработку первых вариантов тепловой схемы ПТУ.

256

15.5. Подогреватели системы регенерации теплоты

Основу тепловой схемы системы регенеративного подогрева питательной воды (системы регенерации теплоты) составляют расположенные последовательно, по ходу нагреваемой воды, подогреватели, обогреваемые паром из отборов турбины. Система регенерации подразделяется на часть высокого давления — с подогревателями высокого давления и часть низкого давления — с подогревателями низкого давления. Определяющим здесь является давление нагреваемой воды, а границей между частями — питательный насос. Подогреватели высокого давления рассчитываются на полное давление питательного насоса, а подогреватели низкого давления — на полное давление конденсатного насоса (насоса второго подъема при двухподъемной схеме перекачки конденсата). Нагреваемой водой в ПНД является основной конденсат пара турбины, в ПВД — питательная вода, направляемая после них в паропроизводительную установку.

Система регенерации высокого давления выполняется как однопоточной (с нагревом воды в одной группе последовательно расположенных подогревателей), так и двухпоточной. Число параллельно установленных групп подогревателей определяется главным образом возможностью обеспечить требуемый нагрев воды в подогревателях, выпуск которых освоен промышленностью. Определенную роль играет и другое обстоятельство. При выходе из строя (нарушении плотности трубной системы, например) какого-либо ПВД, как правило, отключается вся группа ПВД. Такое решение диктуется стремлением упростить быстродействующую защиту (уменьшить число единиц арматуры) высокого давления. Проектом обычно предусматривается возможность работы ПТУ при отключенных ПВД. В этом случае в ППУ поступает питательная вода с меньшей температурой и тепловая экономичность энергоблока падает (электрический КПД уменьшается). При нескольких параллельных группах ПВД и отключении одной из них снижение температуры питательной воды и тепловой экономичности ПТУ будет меньше. Конденсат греющего пара ПВД обычно сливается самотеком через регулятор уровня в соседний подогреватель с меньшим давлением греющего пара.

Подогреватели системы регенерации могут быть поверхностными или смешивающими. Подогреватели высокого давления, как правило, поверхностного типа.

Наибольшее распространение в стране получили коллекторноспиральные ПВД. Поверхность нагрева в них набирается из трубчатых спиральных элементов, объединяемых раздающими и собирающими воду вертикальными коллекторными трубами (рис. 15.10). Спирали изготавливаются из гладких труб, выполненных из углеро-

257

Рис. 15.10. Спиральные элементы подогревателей высокого давления с одной (а) и двумя (б) плоскостями навивки

трубы:

1, 2 — входной и выходной коллекторы нагреваемой воды; 3 — труба

дистой стали (стали 20) с наружным диаметром и толщиной стенки 32×4, 32×5 или 22×3,5 мм. Уменьшение диаметра теплопередающих труб позволяет снизить металлоемкость и стоимость подогревателей, однако технология навивки спиралей является здесь ограничивающим фактором. Соединение коллекторных труб с подводящим и отводящим питательную воду патрубками осуществляется в нижней части подогревателя с помощью специальных развилок и тройников. Коллекторно-спиральный ПВД показан на рис. 15.11.

Теплообменную поверхность ПВД заключают в корпус и с помощью специальных конструктивных решений разделяют на зоны: охлаждения пара (ОП) с температурой стенки выше температуры насыщения; конденсации греющего пара (КП) и охлаждения конденсата (ОК). Зона ОП позволяет более эффективно использовать энергетический потенциал греющего пара, уменьшить суммарную теплопередающую поверхность, повысить температуру воды на выходе. Выделение зоны ОК также приводит к некоторому повышению тепловой экономичности установки и обеспечивает отсутствие вскипания конденсата (дренажа подогревателя) в трубопроводе, отводящем его в подогреватель с меньшим давлением. Недостаточно высокий уровень надежности коллекторно-спиральных ПВД стал причиной поиска альтернативных решений. Одно из них — подогреватель камерного типа горизонтального или вертикального исполнения с трубной доской, в которой крепятся трубы теплообменной поверхности.

Подогреватели, один из которых показан на рис. 15.12, длительное время (с 1980 г.) и практически без замечаний работают на пятом блоке Нововоронежской АЭС. Все основные элементы подогревателя изготовлены из нержавеющей стали (из стали 12Х18Н10Т — корпус, распределительная камера, каркас трубной системы, 0Х18Н10Т — трубная доска и трубы диаметром 16×1,4 мм), что важно для уменьшения поступления продуктов коррозии в воду, направляемую в ППУ. Разработаны проекты горизонтальных камерных ПВД, аналогичных показанному на рис. 15.12, в левые и правые части которых подается греющий пар от двух соседних отборов турбины. Таким образом, в двух аппаратах объединяются ступени регенеративного подогрева воды: в первом — ПВД1 и ПВД2 (50 % требуемой поверхности нагрева), во втором — ПВД2 (вторая половина поверхности нагрева) и ПВД3. Очевидно, что возможны и другие решения.

Камерные ПВД вертикального типа с нижней трубной доской и поверхностью теплообмена, набранной из U-образных труб из стали 08Х14МФ, разработаны и изготавливаются ОАО «ЗИОМАР» (г. Подольск) для АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. В тепловой схеме ПТУ К-1000 подогреватели высокого давления устанавливаются

259

260