Слободчук В.И., Лескин С.Т., Шелегов А.С., Кашин Д.Ю. Основные системы энергоблока с реактором ВВЭР-1000
.pdf
Рис. 15.6. Принципиальная схема затопленного барботажного устройства (с перфорированным листом):
1 – деаэраторный бак; 2 – перфорированный лист; 3 – подвод греющего пара
Непровальная барботажная тарелка (см. рис. 15.5) представляет собой дырчатый лист, на который сверху поступает вода, а снизу подводится пар. Двигаясь по дырчатому листу, вода непрерывно и многократно обрабатывается паром, подводимым под лист и проходящим через отверстия в нем. При нормальных режимах работы под листом образуется паровая подушка, которая предотвращает провал жидкости через отверстия дырчатого листа.
Затопленные барботажные устройства (см. рис. 15.6) располагаются под слоем воды в деаэраторном баке и обеспечивают впрыск и распределение потоков пара в объеме воды. По конструктивному исполнению делятся на: сопловые, сопловые с циркуляционными перегородками, с перфорированными коллекторами (трубами или листами), комбинированные.
Комбинированными называют деаэраторы, которые сочетают барботажный принцип работы и струйно-капельный или пленочный. Комбинация струйного и барботажного принципа работы деаэратора позволяет (при сохранении небольшого гидравлического сопротивления по пару):
•повысить устойчивость деаэрации при переменных нагруз-
ках;
•повысить интенсивность деаэрации;
•уменьшить высоту деаэрационной колонки (за счет сокращения числа струйных тарелок).
101
Наиболее часто применяются комбинированные деаэраторы струйно-барботажного типа с вертикальными (рис. 15.7,а) и горизонтальными (рис. 15.7,б) колонками.
а б
Рис. 15.7. Комбинированные деаэраторы:
а – с вертикальными колонками (1 – конденсат; 2 – греющий пар; 3 – смеситель; 4 – дырчатый лист; 5 – перепускная тарелка; 6 – барботажное устройство; 7 – гидрозатвор; 8 – парораспределитель; 9 – порог); б – с горизонтальными колонками (1 – конденсат; 2 – греющий пар; 3 – тарелки; 4 – барботажное устройство; 5 – гидрозатвор; 6, 7 – перепускной короб)
15.3. Размещение деаэраторов на электростанциях
Термические деаэраторы устанавливают на такой высоте над осью входного патрубка питательного насоса, чтобы обеспечивался подпор сверх давления водяных паров при температуре воды, необходимой для безаварийной работы питательных насосов.
Требуемая величина подпора определяется паспортными данными насоса.
Рис. 15.8. Расположение деаэратора по отношению к питательному насосу
102
Давление на входе в насос складывается из давления в деаэраторе и гидростатического давления веса водяного столба. Для деаэраторов повышенного давления высота установки деаэраторов обычно составляет 24–27 м (рис. 15.8).
16. Система питательной воды
Систему питательной воды, включая систему регенеративного подогрева высокого давления, будем рассматривать на примере энергоблока с реактором ВВЭР-1000.
Система питательной воды предназначена для подачи питательней воды в парогенераторы (ПГ) или барабаны-сепараторы из деаэраторов повышенного давления. Для блока ВВЭР-1000 система питательной воды работает в режиме планового или аварийного расхолаживания блока, служит для предварительного прогрева, деаэрации питательной воды и заполнения второго контура и для отвода остаточного тепловыделения реактора при останове или поддержании блока в горячем резерве.
Надежность работы питательных насосов требует предотвращения вскипания воды в самом насосе. Вода в деаэраторных баках деаэраторов находится при температуре кипения, поэтому при уменьшении давления в питательном насосе за счет входного сопротивления она могла бы вскипеть, нарушив работу питательного насоса.
Для предотвращения этого явления деаэраторный бак, как уже отмечалось, поднимается над отметкой установки питательного насоса на высоту 24–27 м, а сопротивление линий, подающих воду к питательному насосу, не должно превышать 0,01 МПа (0,1 кгс/см2). Тем самым создается самоторможение испарения при входе в питательный насос, и кавитация становится невозможной.
Система питательной воды – один из важнейших элементов тепловой схемы атомной электростанции, обеспечивающий надежность работы энергоблока и бесперебойность отпуска электроэнергии в сеть. Задача системы состоит в непрерывном восполнении убыли воды в парообразующей установке (ПГ), связанной, прежде всего, с расходом пара на турбину, а также с расходом пара прочим потребителям через коллектор собственных нужд (КСН), утечками во втором контуре (течи, парения) и т.д.
103
Для энергоблока с реактором ВВЭР-1000 система питательной воды содержит:
•два деаэратора повышенного давления;
•четыре фильтра по питательной воде (3 – рабочих, 1 – в резерве);
•два главных питательных насосов с турбоприводом (ТПН) и два вспомогательных питательных насоса с электроприводом (ВПЭН);
•систему регенерации высокого давления (две нитки ПВД);
•узел питания, состоящий из регуляторов уровня парогенераторов (РУПГ) с основными линиями подачи питательной воды в ПГ и байпасными линиями подачи питательной воды в ПГ с отсекающими арматурами на этих линиях;
•трубопроводы и арматуру.
В зависимости от турбины система регенеративного подогрева высокого давления содержит два или три регенеративных ПВД.
На рис. 16.1, 16.2 представлены два варианта принципиальных схем системы питательной воды энергоблока с реактором ВВЭР-1000.
Узел питания ПГ обеспечивает регулировку подачи питательной воды в номинальном режиме, а также при пусках и остановах энергоблока для поддержания уровня в ПГ.
Узел питания ПГ состоит из:
•задвижек на основных линиях подачи питательной воды в ПГ
Dy 400;
•задвижек на байпасных линиях подачи питательной воды в ПГ Dy 100;
•регуляторов на основных линиях подачи питательной воды в ПГ Dy 400;
•регуляторов на байпасных линиях подачи питательной воды
вПГ Dy 100.
Задвижки узла питания – арматура двухпозиционного действия. Задвижки применяются только для включения трубопроводов питательной воды в работу по какой-либо нитке (основной или байпасной) или отключения их в резерв или ремонт. Использование задвижек в качестве регулирующих устройств в системе питательной воды запрещается.
104
Рис. 16.1. Принципиальная схема системы питательной воды ВВЭР-1000 (вариант с тремя ПВД):
1 – предвключенный (бустерный) насос (ПД-3750- 200), 2 шт., Q = 3815 м3/ч, H = 2,1 МПа; 2 – питатель-
ный |
насос |
(ПТ-3750-75), |
|
2 шт., |
Q = 3760 м3/ч, H = |
||
= 8 МПа; 3 |
– вспомога- |
||
тельный |
питательный |
||
насос (ПЭ-150-85), |
2 шт., |
||
Q = 150 м3/ч, |
H = 9 |
МПа; |
|
4 – ПВД № 5, 2 шт., ПВ- 2500-97-10А; F = 2500 м2; 5 – ПВД № 6, 2 шт., ПВ- 2500-97-18А; F = 2500 м2; 6 – ПВД № 7, 2 шт., ПВ- 2500-97-28А; F = 2500 м2; 7 – парогенератор, ПГВ1000, 4 шт., P = 6,28 МПа, Q = 1469 т/ч; 8 – фильтр,
4 шт., ∆P = 1,5 мм вод. ст., Q = 2000 м3/ч; 9 – приводная турбина питательного насоса, 2 шт., ОК-12А, N = 12 МВт. Линии связи: 1 – линия от деаэратора; 2 – линия на КОСы (клапаны обратные с сервоприводом); 3 – линия в расширитель дренажей (РД) машинного зала; 4 – линия рециркуляции в деаэратор
Рис. 16.2. Принципиальная схема системы питательной воды ВВЭР-1000 (вариант с двумя ПВД)
106
Задвижки управляются автоматически (от систем управления при помощи встроенного электропривода) и вручную (с помощью маховика привода).
Задвижки открываются и закрываются при перепаде давления среды (питательной воды) на затворе до 1 МПа (10 кгс/см2).
Регуляторы основные и байпасные на узле питания ПГ применяются для регулирования расходов питательной воды при пусковых операциях, при работе энергоблока на мощности, при остановах энергоблока.
Регуляторы Dy 400 являются основными, которые установлены на напорных трубопроводах питания ПГ, а регуляторы Dy 100 – вспомогательными, предназначенными для работы только при пусках и остановах энергоблоков, и установлены на байпасных трубопроводах регуляторов Dy 400.
Предвключенный (бустерный) насос используется для создания необходимого давления на всасе основного питательного насоса, чтобы избежать кавитации. Бустерный насос приводится в действие приводной турбиной ОК-12А через редуктор.
Вспомогательный питательный насос приводится в действие от электродвигателя. Электродвигатели вспомогательных питательных электронасосов (ВПЭН) запитаны от системы надежного питания энергоблока.
Для предотвращения вскипания воды в насосе из-за разогрева в проточной части при работе на малых расходах предусмотрена линия рециркуляции воды в деаэратор.
В состав линии рециркуляции входят дросселирующее устройство и запорная арматура. Управление запорной арматурой – автоматическое, по импульсам от расходомера, установленного на напорном трубопроводе насоса.
17. Теплофикационная установка
Теплофикационная установка предназначена для обеспечения города-спутника АЭС и промплощадки теплом. Сетевая вода сетевыми насосами прокачивается по замкнутому контуру, соединяющему АЭС с потребителем посредством подающей и обратной магистралей. Вода подогревается в подогревателях сетевой воды. Источником тепла является пар из отборов турбины (или редуциро-
107
ванный острый пар). Для восполнения потерь сетевой воды предусмотрены установка подготовки воды для подпитки теплосети и подпиточные насосы. Оборудование, устанавливаемое на АЭС, называют теплофикационной установкой (ТФУ). Подающая и обратная магистраль и относящиеся к ним вспомогательные устройства образуют тепловую сеть. Схема и состав оборудования теплофикационной установки зависит от типа реакторной установки. ТФУ, предназначенные для покрытия собственных нужд АЭС и города-спутника, имеют обычно мощность 50–100 ГДж/ч. Влияние ТФУ на тепловую экономичность АЭС невелико, поэтому при проектировании этих установок стремятся к их упрощению.
17.1.Оценка мощности теплофикационной установки
Вбольшинстве случаев теплофикационная установка используется для покрытия отопительной нагрузки, горячего водоснабжения и теплоснабжения калориферов вентиляционных установок.
Отопительная нагрузка зависит от объемов отапливаемых помещений. Ее можно оценить следующим образом:
Qот = xот V (tвозд. вн – tвозд. нар) 10–6, ГДж/ч.
Здесь xот – отопительная характеристика здания, численно равная потерям тепла в окружающую среду от 1 м3 здания при разности
температуры внутри |
и |
снаружи 1 °С (обычно xот = 1,2– |
–2,0 МДж/(м3 град ч)); |
V – |
объем отапливаемого помещения по |
наружным размерам, м3; tвозд. вн и tвозд. нар – температура воздуха внутри помещения и снаружи.
При понижении температуры наружного воздуха расход тепла на отопление увеличивается. При определении максимальной отопительной нагрузки используют так называемую расчетную температуру tвозд. расч. от наружного воздуха по отоплению, которую определяют как среднюю температуру наиболее холодной пятидневки из четырех наиболее холодных зим за последний двадцатипятилетний период. Таким образом, максимальная отопительная нагрузка может быть оценена следующим образом:
Qот. макс = xот V (tвозд. вн – tвозд. расч. от) 10–6, ГДж/ч.
108
Расход сетевой воды для отопления Gот и ее температура в подающей и обратной магистрали (tпр и tобр) связаны с тепловой мощностью потребителя следующим соотношением:
Qот = Gот ср (tпр – tобр) ηт.с 10–6, ГДж/ч,
где ср – теплоемкость воды, кДж/(кг град.); η т.с – КПД тепловой сети (обычно ηт.с = 0,9–0,95).
Если изменение тепловой нагрузки регулируется только за счет изменения Gот, то такое регулирование режима тепловой сети называется количественным. Если же изменяется температура прямой и обратной воды, то такое регулирование режима тепловой сети называется качественным. Количественное регулирование тепловой сети, как правило, осуществляется в довольно узком диапазоне температуры наружного воздуха (при среднесуточной температуре воздуха от +8 до +2 °С). В остальном диапазоне температуры – регулирование качественное (рис. 17.1). Температура сетевой воды стандартизована. Для АЭС она принимается равной (при максимальной тепловой нагрузке) tпр. макс =130 °С, tобр. макс = 70 °С.
Рис. 17.1. Температурный график тепловой сети:
1 – температура прямой сетевой воды; 2 – температура обратной сетевой воды (tв и tвозд – температура, соответственно, воды и воздуха)
Теплопотребление калориферами вентиляционной установки оценивается так:
Qвент = m V cp ( tвозд. вн – tвозд. нар) 10–6, ГДж/ч.
109
Здесь m – кратность обмена воздуха в помещении, 1/ч; V – объем здания (помещения), м3; ср – теплоемкость воздуха, кДж/(м3 град.).
Величина кратности обмена воздуха зависит от назначения вентилируемого помещения. Для общественно-бытовых помещений эта величина определяется санитарными нормами. Для АЭС минимальную температуру воздуха, на которую рассчитывают максимальную мощность калориферов вентиляционных установок, принимают равной расчетной температуре наружного воздуха по отоплению, т.е.
Qвент. макс = m V cp ( tвозд. вн – tвозд. расч. от) 10–6, ГДж/ч.
Расход теплоты на нужды горячего водоснабжения (при централизованном снабжении) можно оценить следующим образом.
Qгор. в = n (C/24) cp (tгор. в – tв) 10–6, ГДж/ч.
Здесь n – число жителей; С – среднесуточная норма расхода горячей воды на одного человека, кг/(сут. чел.); tгор. в и tв – температура горячей воды (обычно 65–70 °С) и температура водопроводной воды.
Максимальная мощность теплофикационной установки (ТФУ)
QТФУмакс = (Qот. макс + Qвент. макс + Qгор. в. макс)/ηт.с .
17.2.Схема теплофикационной установки энергоблока ВВЭР-1000
Для блока с реактором ВВЭР-1000 и турбоустановкой К-1000- 60/1500-2 теплофикационная установка (ТФУ) состоит из двух основных подогревателей и одного пикового подогревателя (две нитки), сетевых насосов, конденсатных насосов бойлеров, трубопроводов и арматуры (рис. 17.2).
Обратная сетевая вода после механического фильтра поступает на всас сетевых насосов, которыми подается на ТФУ. От напорного коллектора сетевых насосов вода проходит последовательно основные бойлеры, пиковый бойлер и поступает в коллектор прямой сетевой воды. Пиковый бойлер выполнен отключаемым по сетевой воде. Температура прямой сетевой воды регулируется путем отвода части ее помимо пикового или основного бойлеров.
110