Зорин В.М. Атомные электростанции

двухходовые по нагреваемой воде. Для компенсации температурных расширений на корпусе со стороны поворотной водяной камеры установлен двойной линзовый компенсатор.

Основные схемы включения подогревателей сетевой воды следующие:

1) с каскадным сливом дренажей в подогреватель с наименьшим давлением греющего пара и оттуда в подогреватель системы регенерации с наиболее близким, но меньшим давлением греющей среды;

301

2) с установкой сливного насоса, закачивающего дренаж сетевого подогревателя в точку конденсатного тракта системы регенерации с наиболее близкой, но меньшей температурой.

Число сетевых подогревателей зависит от тепловой мощности ТфУ и температурного графика ее работы. Два подогревателя (один основной, второй пиковый) используются в ТфУ небольшой мощности. Максимальное число — четыре подогревателя (два основных горизонтального типа и два пиковых ПСВ) предусмотрены проектом ПТУ К-450/500-5,9.

Изложенное иллюстрируется приводимыми далее схемами. Сетевые насосы выбираются по их характеристикам в зависи-

мости от требуемых напора и подачи, их число определяется

всоответствии со следующими правилами [8]:

•в ТфУ с одной группой насосов перед сетевыми подогревателями при числе насосов три и менее предусматривается один резервный; при наличии четырех насосов резерв не предусматривается;

•при двух группах сетевых насосов (до основных сетевых подогревателей и после них) и более устанавливаются по два рабочих и одному резервному в каждой группе; если на АЭС имеется не менее двух однотипных ПТУ, резерв сетевых насосов не предусматривается;

•сливные (конденсатные) насосы сетевых подогревателей при двухступенчатом подогреве устанавливаются с резервным насосом у первой ступени.

Характеристики оборудования ТфУ во многом определяются правилом, в соответствии с которым при выходе из строя на электростанции одного блока оставшееся оборудование должно обеспечить не менее 70 % требуемого отпуска теплоты. Для выполнения этого условия мощность каждой ТфУ на станции с двумя блоками должна быть равной 70 % максимальной теплофикационной мощности

max

Q. При этом расчет оборудования ТфУ производится при расчет-

тф

расч

ной температуре наружного воздуха t . Обязательным является и

н.в

возрастает) уменьшается мощность ТфУ.

Кроме структурных параметров к основным управляемым параметрам тепловой схемы ТфУ также относятся: распределение подогрева сетевой воды между подогревателями при принятом температурном графике; минимальные значения температурных напоров в подогревателях.

Распределение подогрева сетевой воды, как правило, близко к равномерному, но в последнем, пиковом, подогревателе подогрев воды может быть меньше. Это можно объяснить стремлением огра-

302

ничить работу этого подогревателя только самым холодным периодом года, поскольку термодинамические потери, обусловленные дросселированием греющего пара, здесь оказываются наибольшими. При распределении подогрева сетевой воды следует иметь в виду, что параметры отборов пара определяются в основном распределением подогрева основного конденсата и питательной воды в системе регенерации.

Принимая во внимание, что удельные стоимости (рассчитанные на единицу площади поверхности нагрева) сетевых и регенеративных подогревателей могут иметь близкие значения, а число часов использования (время работы) в году сетевых подогревателей, как правило, существенно меньше, значения минимальных температурных напоров должны быть больше у сетевых подогревателей по сравнению с регенеративными, обогреваемыми паром из тех же отборов турбины. В качестве рекомендаций могут быть названы значения 5—8 °С. Для пиковых подогревателей, время работы которых наименьшее по сравнению с другими, минимальные температурные напоры могут быть еще больше.

16.3. Регулирование тепловой мощности

Особенностью ТфУ является то, что ее мощность и температурный график работы зависят от температуры наружного воздуха и никак не связаны с графиком электрической нагрузки. Эта особенность учитывается при проектировании ПТУ.

Мощность теплофикационной установки определяется по уравнению:

емкость сетевой воды.

Если отпуск теплоты происходит за счет изменения расхода сетевой воды, то такое регулирование называется количественным, если за

счет изменения температуры воды в подающей магистрали t — то

под

качественным. Наиболее распространено качественное регулирование, а количественное используется лишь в малом диапазоне изменения среднесуточной температуры наружного воздуха t : от 0—2 °С до t =

= 8…10 °С, при которой отключаются системы отопления. Примерная

зависимость температур на входе и выходе ТфУ от t показана на

н.в

рис. 16.3.

После отключения систем отопления работа ТфУ определяется только потребностями горячего водоснабжения.

Заданная температура воды после сетевого подогревателя при качественном регулировании может обеспечиваться следующими способами:

303

А

К

Б Б

Рис. 16.4. Принципиальная схема ПТУ с регулируемыми отборами пара:

А — свежий пар; Б — сетевая вода; К — пар в конденсатор; 1 — стопорный и регулирующий клапаны турбины; 2 — ЦВД; 3 — регулирующий клапан на перепуске пара между цилиндрами; 4 — ЦНД; 5, 6 — верхний и нижний отопительные отборы пара

В случае, когда основной подогрев воды осуществляется в двух последовательно включенных сетевых подогревателях (см. рис. 16.4), поворотная диафрагма устанавливается за камерой нижнего отбора. С ее помощью или с помощью регулирующего клапана на перепуске поддерживается давление в верхнем или нижнем сетевом подогревателе в зависимости от того, находится ли в работе верхний подогреватель.

Таким образом обеспечивается нужная температура t в зависимости

под

от t .

н.в

Для обеспечения в каждый момент времени заданных электрической и тепловой мощностей в теплофикационных турбинах применяется «связанное» одновременное регулирование давления в отборах и расхода свежего пара, подводимого к турбине. При необходимости увеличить тепловую мощность при неизменной электрической мощности одновременно прикрываются поворотные диафрагмы и увеличивается открытие клапанов свежего пара. При повышении электрической нагрузки и постоянном потреблении теплоты одновременно открываются (или прикрываются при снижении) клапаны свежего пара и окна в поворотных диафрагмах регулируемых отборов.

Снабжение теплотой систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей самой электростанции и ее жилого поселка осуществляется по схеме, приведенной на рис. 16.5. Целесообразный уровень мощности такой ТфУ

305

44

AA

ББ

Рис. 16.5. Теплофикационная установка сравнительно небольшой мощности:

А — пар из нерегулируемых отборов; Б — сетевая воды; В — конденсат (дренаж) в линию основного конденсата системы регенерации; 1, 2 — основной и пиковой подогреватели сетевой воды; 3 — сливной конденсатный насос; 4 — регуляторы уровня (у) и температуры (t)

ном

где N — номинальная электрическая мощность турбогенераторов

э

электростанции. При выполнении этого условия расход свежего пара

на турбину в режиме номинальной мощности возрастает на 2,5—3 %

(по сравнению с режимом без теплофикационной нагрузки).

Но именно на такое значение требуется увеличить расход пара летом

(когда отопительная нагрузка равна нулю) для того, чтобы сохранить

ном

Nпри ухудшении вакуума в конденсаторе, что обязательно учиты-

э

вается при проектировании турбины. Таким образом, и зимой, и летом

турбина может работать при одном и том же расходе свежего пара, т.е.

без уменьшения ее внутреннего относительного КПД.

Специфика ТфУ, как уже отмечалось, заключается в том, что ее мощность не должна зависеть от электрической мощности, которая может изменяться в соответствии с графиком электрической нагрузки. Если турбина конденсационного типа, то подогреватели ТфУ подключаются к ее нерегулируемым отборам. В этом случае

Если t должна оставаться неизменной (зависит от t ), то давле-

ние в отборе пара на соответствующий подогреватель в номинальном режиме должно выбираться следующим образом:

306

где р — давление конденсации пара в сетевом подогревателе при

s

температуре t = t + δt; δt — минимальное значение температур-

sпод

бопроводе от места отбора до парового пространства подогревателя.

При тепловых нагрузках, превышающих указанный на с. 305 уровень, используется ТфУ, состоящая из двух основных и одного пикового подогревателей. Такая ТфУ тепловой мощностью 120 МВт пре-

температурный график 150/70 °С (рис. 16.6). На рисунке показана одна из двух параллельных групп сетевых подогревателей.

В ОАО «Турбоатом» разработан проект ПТУ КТ-1070-5,9/25 с ТфУ мощностью 170 МВт. Турбина маркируется как конденсационно-теп- лофикационная (КТ). Это означает, что при максимальной теплофикационной мощности расход пара в проточной части достаточен для безотрывного обтекания лопаток последних ступеней. Регулирование тепловой нагрузки здесь может осуществляться либо байпасированием одного из основных сетевых подогревателей (ПСГ верхнего или нижнего), либо дросселированием греющего пара пикового подогревателя (ПСВ). Такое решение упрощает конструкцию турбины и улучшает аэродинамику ее проточной части. Эффективность принятого способа регулирования повышается, если иметь в виду, что теплофикационные отборы далеко не всегда полностью загружены.

Рис. 16.6. Теплофикационная установка ПТУ К-1000-5,9/25:

А — пар из нерегулируемых отборов турбины (с номерами 4, 5, 6); Б — сетевая вода;

В — в систему регенеративного подогрева питательной воды; К — в конденсатор турбины; 1 — подогреватель пиковый; 2, 3 — подогреватели основные второй и первой ступени; 4 — сливной (конденсатный) насос; 5 — сетевой насос; 6 — фильтр-грязевик

307

Как показали специальные исследования, проведенные в ОАО «Турбоатом», приемлемым пределом увеличения теплофикационной мощности конденсационных ПТУ является примерное равенство расходов пара на теплофикацию и на регенерацию из одного и того же отбора турбины. Выполненные проработки показали, что таким образом для вновь проектируемых турбин без регулируемых отборов возможно увеличение теплофикационной мощности до 50 % номинальной электрической. Например, конденсационная турбина К-1000-5,9/25 может обеспечить теплофикационную мощность 500 МВт при температурном графике 180/40 °С; при этом используется пар из отборов с давлением 0,1; 0,35; 0,61 и 1,2 МПа.

В ОАО ТМЗ (г. Екатеринбург) был выполнен проект ПТУ ТК-450/500-5,9 для АТЭЦ (рис. 16.7) с максимальной электрической мощностью в конденсационном режиме 500 МВт и максимальной тепловой мощностью в теплофикационном режиме тоже 500 МВт [плюс 450 МВт (эл.)]. Расчеты показали, что при номинальном расходе пара на турбину и полной загрузке всех отборов выработка электроэнергии на тепловом потреблении не превышает 65 % полной выработки, а при среднегодовой тепловой нагрузке — около 40 % против 85 % для ПТУ Т-250/300-23,5. Отсюда следует, что практически в течение всего года в конденсатор будет поступать значительная часть пара. Для того чтобы эффективно использовать энергию потоков пара, поступающих как в конденсатор, так и в отборы, у турбины ТК-450/500-5,9 предусмотрены два способа регулирования:

1)поддержанием с помощью поворотных диафрагм на входе

вЦНД1 и ЦНД2 требуемого давления в отборе на ПСГ1 (при отключенных ПСГ2, ПСВ3 и ПСВ4), или в отборе на ПСГ2 (при отключенных ПСВ3 и ПСВ4), или в отборе на ПСВ3 (при отключенном ПСВ4);

2)перепуском части сетевой воды по байпасу ПСГ1 (при отключенных остальных подогревателях) или по байпасу ПСГ2 либо дросселированием греющего пара, подводимого к ПСВ3; в этом варианте поворотные диафрагмы полностью открыты, т.е. он эффективен, когда электрическая мощность ПТУ близка к номинальной, а расход пара в конденсатор большой.

→

Рис. 16.7. Принципиальная тепловая схема ПТУ ТК-450/500-5,9:

1 — стопорный и регулирующий клапаны турбины; 2 — отсечной клапан перед ЦСД (после СПП); 3 — регулирующий клапан давления в деаэраторе; 4 — регулирующий клапан давления в коллекторе уплотняющего пара; 5 — трехходовой регулирующий клапан рециркуляции основного конденсата; 6 — регулирующие клапаны на байпасе основных сетевых подогревателей; 7 — дроссельные регулирующие клапаны давления в пиковых сетевых подогревателях; P — регулирующие ступени турбины с поворотными диафрагмами

308

Пиковый подогреватель ПСВ4 подключен к камере нерегулируемого отбора за третьей ступенью ЦВД и используется при регулировании тепловой мощности при пониженном расходе пара на турбину, когда не обеспечивается требуемое давление в отборе на ПСВ3 или когда необходим нагрев сетевой воды до температуры более 170 °С (но не более 210 °С).

При регулировании поворотными диафрагмами термодинамические потери происходят в потоке пара, проходящем в ЦНД и далее в конденсатор. При регулировании байпасированием или дросселированием потери возникают не в конденсационном потоке, а в потоке пара, отводимом из отбора. Поэтому в режимах, когда расход пара в конденсатор мал по сравнению с расходом отборного пара, регулирование поворотными диафрагмами приводит к меньшим потерям. Байпасное или дроссельное регулирование становится предпочтительным при обратном соотношении расходов.

На двухконтурных АЭС сетевая вода отделена от радиоактивного первого контура вторым — нерадиоактивным контуром рабочего тела ПТУ. В сетевых подогревателях давление греющего пара (рабочего тела второго контура) меньше давления сетевой воды, и в случае межконтурной неплотности возможны протечки сетевой воды во второй контур, но не наоборот. Тем самым обеспечивается полная радиационная безопасность потребителей тепловой мощности и обслуживающего персонала теплосети.

Пример. Для проектируемого энергоблока мощностью 1000 МВт (эл.) двухконтурной АЭС требуется определить основные параметры теплофикационной установки мощностью 120 МВт для работы по температурному графику 150/70 °С.

Прежде всего нужно выбрать число подогревателей или, точнее, число ступеней подогрева сетевой воды (число параллельно или последовательно устанавливаемых подогревателей, подключенных к одному отбору турбины, определяется их расчетом, возможностью конструирования, что здесь рассматриваться не будет). Имея в виду значительный уровень тепловой мощности ТфУ, остановимся на трех подогревателях: два основных (нижний ПСН и верхний ПСВ) и один пиковый (ПСП). Влиянием подогрева воды в сетевых насосах будем пренебрегать. Тогда, учитывая особенности способов регулирования тепловой мощности, тепловую схему ТфУ можно представить аналогичной той, что показана на рис. 16.6.

Подогрев воды желательно иметь примерно одинаковый в основных сетевых подогревателях и меньший — в пиковом. Например, общий подогрев воды, равный 80 °С, можно разделить как 30 + 30 + 20 °С. В соответствии с рекомендациями примем минимальные температурные напоры в основных подогревателях 6 °С и в пиковом 8 °С, относительные потери давления греющего пара в паропроводах от отборов турбины до подогревателей — 8, 7 и 6 % (меньшие

относительные потери для пара из отбора с большим′ давлением). По этим данным были рассчитаны давления в отборах турбины: 0,136; 0,346 и 0,624 МПа. Полученные значения должны быть согласованы с давлениями в отборах, рассчитанными по распределению подогрева питательной воды в системе регенерации (см. пример на с. 251—254, вариант б) с учетом предварительного распределения теплопе-

310