Зорин В.М. Атомные электростанции. Вводный курс

Таблица 12.1

Характеристики конденсаторов некоторых паровых турбин

*) При проектировании конденсаторов температура tох1 принимается равной 12, 15, 20 или 27 °С (ГОСТ 3618—82).

будет убедиться, — несколько процентов от давления в конденсаторе. Таким образом, тепловая мощность каждого из рассматриваемых конденсаторов может быть принята постоянной. Неизменными также останутся величина теплопередающей поверхности F и коэффициент теплопередачи k, так как не изменяется скорость охлаждающей воды.

141

142

Рис. 12.9. Конденсаторы для турбин К-220-4,3 и К-500-6,4/50:

1 — трубный пучок; 2 — трубки сливные; 3 — тупиковый канал для пара; 4 — боковой канал для пара; 5 — щиты паровые; 6 — воздухоохладитель; 7 — конденсатор правый; 8 — конденсатор левый; 9 — конденсатосборник; 10 — водяная камера задняя; 11 — опора пружинная; 12 — водяная камера передняя; 13 — патрубок переходный; 14 — приемно-сбросное устройство; 15 — перепуск пара между конденсаторами; А — вход отработавшего в турбине пара; Б — вход сбрасываемого пара после редукционных устройств; В — отсос паровоздушной смеси; Г — подвод охлаждающей воды; Д — слив охлаждающей воды; Е — отвод конденсата

В этих условиях из уравнения теплопередачи (12.6) следует, что средний температурный напор также не должен измениться:

При изменении расхода охлаждающей воды в n раз (Gох.в.нов =

в)

Рис. 12.10. Схемы конденсаторов одноходового (а), двухходового (б) и последовательного включения по охлаждающей воде двух конденсаторов (в):

1 — пар из ЧНД турбины; 2 — теплообменная поверхность; 3 — трубная доска; 4 — выход охлаждающей воды; 5 — отвод конденсата; 6 — вход охлаждающей воды

143

Обратим внимание, что в приведенных на этой странице формулах tв — подогрев воды в конденсаторах при параллельном их

включении.

Пример. Определить давления в двух конденсаторах ПТУ при их параллельном и последовательном включении по охлаждающей воде, если известно: температура охлаждающей воды на входе tох1 = 18 °С, ее подогрев tв = 12 °С,

минимальный температурный напор при параллельной работе конденсаторов δtк = 4 °С.

Для параллельной работы конденсаторов по уравнению (12.5) находим tк = 34 °С и по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара рк = 5,32 кПа.

Для первого из двух последовательно включенных конденсаторов tох1 = 18 °С, tох 2 нов = tох 1 + tв /2 = 24 °С. Минимальное значение температурного напора

рассчитаем, применяя итерации, по уравнению (12.17), для чего перепишем его в виде

Расчетом получено δtк.нов = 6 °С. По уравнению (12.5) найдем tк1 = 30 °С и рк1 = 4,24 кПа.

Для второго по ходу охлаждающей воды конденсатора рассчитано: tох1 = 24 °С, tох 2 = 30 °С, δtк.нов = 6 °С, tк2 = 36 °С и рк2 = 5,94 кПа.

Из результатов расчета видно, что в первом конденсаторе давление заметно уменьшилось, а во втором — увеличилось. Учитывая, что расходы конденсирующегося пара практически не изменились, среднее давление конденсации рассчитывается как среднеарифметическое без весовых коэффициентов:

т.е. по сравнению с параллельной работой конденсаторов оно уменьшилось на 0,23 кПа или на 4,3 %. В результате снижения среднего давления конденсации пара может быть выработана дополнительная электрическая мощность. Заметим, что при этом все оборудование конденсационной установки осталось прежним.

Для уменьшения среднего давления конденсирующегося пара применяют также секционирование конденсатора, для чего паровое пространство разделяется вертикальными перегородками. Протечки пара через отверстия, через которые проходят конденсаторные трубки невелики в виду малой разности давлений по обе стороны каждой перегородки. Количество секций может быть различным. В США на электростанции с ПТУ мощностью 760 МВт установлен

144

конденсатор с поверхностью нагрева Fк = 33 500 м2 с шестью секци-

ями, давления в которых равны 3,7; 4,1; 4,6; 5,2; 5,8 и 6,5 кПа. Этот пример наглядно демонстрирует, какого рода мероприятия могут применяться для получения дополнительной электрической мощности.

12.5.Структура конденсационной установки

Всоответствии с назначением конденсационной установки и требованиями к организации процесса конденсации пара основными ее

элементами должны быть следующие (рис. 12.11):

• конденсатор;

• устройство для поддержания разрежения в конденсаторе (уст-

ройство для отсоса парогазовой смеси);

• насосы, поднимающие давление конденсата и обеспечивающие его возврат в цикл станции.

Если необходимо поддерживать качество рабочего тела, ухудшающееся за счет присосов охлаждающей воды, то в состав КУ войдет конденсатоочистка или блочная очистная установка (БОУ). Для АЭС очистка полного расхода (100 %) конденсата после конденсатора турбины на механических и ионообменных фильтрах БОУ принята обязательной.

Вкачестве устройств для поддержания разрежения в конденсаторе используют струйные аппараты — эжекторы. Перемещение и повышение давления газов, жидкостей и различных смесей в этих

Рис. 12.11. Принципиальная тепловая схема конденсационной установки:

1 — рабочий пар эжекторов; 2 — от уплотнений турбины; 3 — пар после турбины; 4 — вода СТВС; 5 — в систему регенерации ПТУ; 6 — линия рециркуляции

145

аппаратах происходят вследствие обмена энергией между двумя потоками с разными давлениями с образованием смешанного потока

спромежуточным давлением.

Кструйному аппарату подводятся два потока: рабочего тела с большим давлением и инжектируемой среды с меньшим. В специальном сопле энергия подводимого к аппарату рабочего тела преобразуется в кинетическую с увеличением скорости и уменьшением 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 (ОЭ) применяют также для отсоса паровоздушной смеси из концевых камер уплотнений турбины (Т) и создания сифонов (условий для перелива воды) в циркуляционных водоводах СТВС (см. рис. 11.1, поз. 13). Для создания необходимого давления (разрежения) в конденсаторе при пуске ПТУ используются специальные пусковые эжекторы (ПЭ), характеризующиеся меньшим расходом рабочего тела (пара), большей производительностью по отсасываемому воздуху и меньшим повышением давления.

Чтобы исключить потери рабочего тела, паровые 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 конденсаторов турбины, так и эжекторы уплотнений.

Тепловая схема конденсационной установки с пароструйными эжекторами представлена на рис. 12.11. Схема включения водовоздушных эжекторов показана на рис. 8.1.

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 сни-

146

зить 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, то есть превышение на всасе давления насыщения при температуре поступающей к насосу жидкости, для насосов типа КсВ равен 2…2,5 м. Появляется возможность сконструировать конденсатные насосы второго подъема с оптимальной частотой вращения, и тем самым улучшить экономичность установки.

Количество насосов в каждой группе, как правило, три — по 50 % номинальной производительности 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 — tвхр ) больше температуры конденсата tк, забираемого из конденсатора, на величину его подогрева в конденсатных насосах tк.н и в теплообменном оборудовании, входящем в состав КУ, tт.о. Подо-

грев в конденсаторах 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 pвхр определяется суммарным повышением давления в конденсатных насосах рк.н и гид-

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

рт.о ≈ 0,1; рБОУ ≈ 0,6; ркл ≈ 0,2; ртр ≈ 0,2.

Необходимое давление конденсатного насоса первого подъема определяется названными 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.

147

12.6. Особенности конденсационной установки одноконтурных атомных электростанций

Для конденсационной установки одноконтурных АЭС с турбинами на насыщенном паре свойственны особенности, обусловленные радиоактивностью пара и повышенным содержанием неконденсирующихся газов, в основном кислорода и водорода, образующихся в реакторе в результате радиолиза воды.

Рис. 12.12. Схема установки для сжигания водорода, отсасываемого с паровоздушной смесью из конденсатора одноконтурной АЭС:

1 — подвод пара к основному эжектору; 2 — подвод парогазовой смеси из конденсатора; 3 — трехступенчатый эжектор; 4 — холодильники первой, второй и третьей ступеней эжектора; 5 — отвод конденсата после холодильников в конденсатор турбины; 6 — подвод конденсата после конденсатного насоса первого подъема; 7 — электронагреватель контактного аппарата; 8 — контактный аппарат для сжигания водорода; 9 — конденсатор контактного аппарата; 10 — отвод конденсата в конденсатор; 11 — подвод конденсата после конденсатного насоса второго подъема; 12 — отвод в систему дезактивации газообразных сбросов; 13 — отвод конденсата к конденсатоочистке; 14 — дополнительный подвод пара при необходимости разбавления смеси газов

148

Радиоактивность поступающего в конденсатор пара обусловливает выбор используемых материалов. Для конденсаторов турбин одноконтурных АЭС трубные доски, водяные камеры, а также корпуса эжекторов изготовляют из хромоникелевой коррозионно-стой- кой стали. Эти же элементы для двухконтурной АЭС изготовляются из углеродистой стали.

Известно, что гремучая смесь (смесь водорода и кислорода при соотношении их объемов два к одному) взрывоопасна только при определенном 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 производится специальной (вспомогательной) системой, обеспечивающей нормальную эксплуатацию конденсационной установки. На рис. 12.12 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 с тем, 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 известно: температура охлаждающей воды на входе — 30 °С, ее расход — 6 тыс. кг/с, теплообмен-

ная поверхность — 9110 м2, коэффициент теплопередачи — 2,4 кВт/(м2æК), недогрев охлаждающей воды — 4 °С.

149

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

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

7.Определите величину 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?

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 величины 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 равны соответственно 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. 12.12).

150