Лекция №1

Лекция №2

Лекция №3

Лекция №4

Лекция №5

Лекция №6

Лекция №7

Лекция №8

Лекция №9

Лекция №10

Лекция №11

Лекция №12

Лекция №13

Лекция №14

Лекция №15

Лекция №16

Лекция №1

Цели и задачи курса

ПГ АЭС – элемент, разделяющий первый и второй контур АЭС. Основная задача ПГ – создание барьера между теплоносителем и рабочим телом, который препятствует распределению радиоактивных веществ, т.е. выработка чистого пара.

Барьер – поверхность теплообмена. Среда с более высоким давлением (Р), как правило, движется в трубах ПТО – (поверхность теплообмена), а среда с более низким давлением (Р) движется в межтрубном пространстве. Это позволяет уменьшить толщину стенок корпуса и труб, снизить материалоёмкость и уменьшить толщину труб.

Тип реактора	Термодинамические параметры	Вид процесса
ВВЭР	Р1 =10~16,0 МПа > теплопередача внутри труб Р2 =4,4~6,0 МПа > теплопередача в межтрубном пространстве	Кипение в более большем объёме при избыточной энергии
БН-600	Р1,2(Na) = 0,3~0,5 МПа при Т=550 в межтрубном пространстве Р3(пар) = 13 МПа при Т=505 внутри труб	Кипение при вынуж­денном движении

Теплоноситель: конвекция однофазной среды (вода, газ, Na) при вынужденном движении. В некоторых ППУ т/н (теплоноситель) может быть 2-х фазной средой, в этом случае в ЯР (ядерном реакторе) возникает кипение, а в ПГ (парогенераторе) - конденсация.

Требования к ПГ:

Первое требование к ПГ

Поверхность теплообмена всегда ведёт к термодинамическим потерям, т.е. при одном и том же количестве передаваемой теплоты температура рабочего тела уменьшается по сравнению с температурой теплоносителя. Для уменьшения потерь применяется противоточная схема теплообмена:

Рис. 1 Схема противотока

t₁’ - температура на входе в ПГ, на выход из ЯР

t₁’’ - температура теплоносителя на выходе из ПГ, вход в ЯР

t₂’ - температура рабочего тела на входе в ПГ (питательная вода на входе в ПГ)

t₂’’ - температура рабочего тела на выходе из ПГ

t₁’t₁’’ - заданы конструкцией реактора

t₂’ - заданы тепловой схемой ПТУ (паротурбинной установкой)

Вопрос: Какова возможная температура пара, полученная в ПГ (t₂’’)?

Температура кипения t_2Sопределяется давлением вырабатываемого пара!

- наименьшие температурные напоры, которые можно получить в испарителе и перегревателе.

Рис. 2 Общая схема ПГ по принципу противотока.

ЭКО – экономайзер - теплообменник для нагрева воды до температуры насыщения от t₂’ доt_2S

ИСП – испаритель служит для выпаривания воды в пар при t_2S =const.

ПП – (пароперегреватель) перегрев сухого насыщенного пара от t_2Sдоt₂’’.

- температурный напор – разность температур нагревателей и греющей среды, если слишком возросла, то температура нагревающей среды уменьшается, отсюда следует потери тепловой экономичности, еслиуменьшить, то необходимо увеличить поверхность теплообмена.

, кВт

Если Q– задано,k– известен, еслиF_ПТОувеличить, тоdtуменьшится!

ПГ должен обеспечивать как можно более высокие параметры пара при заданных параметрах теплоносителя, т.е. он должен удовлетворять требованиям со стороны ЯР, так и со стороны турбины.

Со стороны ЯР: t₁’t₁’’,P­₁- ограниченны допустимой температурой ТВЭЛов и условиям прочности ЯР.

Со стороны турбины:надо повышать, т.е. надо повышатьP₂,t₂.

Сопряженные начальные параметры пара

По циклу Карно: термический КПД определяется по формуле

По циклу Ренкина:

Цикл Ренкина приближается к циклу Карно. Рассмотрим цикл в Ts-диаграмме:

Процесс 1-2 – эко пг (подогрев);

процесс 2-3 – ИСП ПГ (выпаривание);

процесс 3-4 – расширение в турбине (работа);

процесс 4-5 – конденсатор (отвод теплоты);

процесс 5-1 – сжатие.

Подведенное в парогенераторе тепло и механическая мощность турбины соответственно равны:

, где

- теплота

- мощность

- расход рабочего тела

- энтальпия

- располагаемый тепло перепад на турбину

Кпд не зависит от величины расхода рабочего тела. Рассмотрим кпд без учета мощности питательного насоса)

Для наглядного представления сопряженных параметров обратимся к hsдиаграмме

1, 2, 3 варианты располагаемого тепло перепада, причем

- максимальный тепло перепад он соответствует сопряженным начальным параметрам пара для увеличения начальной температуры необходимо увеличить начальное давление. В теплоэнергетике давно известен ряд стандартных начальных сопряженных параметров

Сопряженные Параметры		Виды турбин используемых при данных сопряженных параметрах		КПД, %
, бар	, 0С
240	265	К-300-240 К-500-240 К-800-240 К-1200-240	ТЭС СКД сверхкритическое давление	44-45
130	540	К-200-130 Т-100-130 Т-90-130	докритическое давление	41-42
90	450	К-100-90 Т-130-90 ПТ-80-90		38-40

Примечание: при обозначении турбин

К - конденсационные

Т - теплофикационные [конд + отбор на теплофикацию]

ПТ - промтеплофикационные [конд + отбор на теплофикацию + отбор на производство]

1 цифра - N_эл [кВт]

2 цифра - P₀ [кгс/см²]

На АЭС максимальная температура ограничивается на входе в ПГ, поэтомусопряженные параметры это сухой насыщенный пар с давлениембар и степенью сухости. Однако на практике получитьневозможнопар влажный и. В ПГ такого рада нет ПП, но есть испаритель с устройствами осушения пара, т.е. сепарационные устройства.

Недостатки влажного пара:

• 

• влажный пар это капли в газовой фазе движущиеся с высокой скоростью. На всех поворотах трубопровода, соплах, лопатках турбины, - где идет изменение траектории потока, идет эрозионный износ.

Второе требование к ПГ

ПГ должен вырабатывать пар не более 0,5%, а по возможности перегретый. Даже слабый перегрев на 35⁰С заметно повышает надежность турбины

Третье требование к ПГ

При парообразовании должно исключаться образование и отложение накипи в трубах поверхности теплообмена, т.к. при этом уменьшается коэффициент теплопередачи

Четвертое требование к ПГ

Конструкционные материалы ПГ должны быть совместимы по физико-химическим свойствам с теплоносителем и рабочим телом, т.е. должна исключаться коррозия металла и особенно переход продуктов коррозии в контур теплоносителя.

Лекция №2

Общие характеристики процессов,

Происходящих в парогенерирующей трубке.

Рассмотрим пг трубу

Рабочее тело внутри вынужденное движение. Давление рабочего тела, т.к. пренебрегаем потерями давления теплоносителя в межтрубном пространстве, охлаждение до, соблюдём принцип противотока при теплообмене.

Теплогидравлические процессы по зонам можно условно разделить на 5 зон.

1), т.к. стенка охлаждается рабочим телом с (). Зона – не кипящий экономайзер, режим течения – однофазная среда при вынужденной конвекции;

2), но, т.е. вода в большом объёме ещё недогрета до, зона – кипящий ЭКО (т.к. пристенночном слое пузырьковое кипение),режим течения – конвективный теплообмен, немного усиленный, за счёт турбулизации пристеночного слоя;

Общее: скорость рабочего тела целесообразно выбирать так, чтобы был турбулентный режим течения, т.к. возрастает в 520 раз по сравнению с ламинарным режимом течения.

3) ,.Зона – испаритель, режим течения – развитый пузырьковый при кипении с вынужденным движением, переходящий в кольцевой или дисперстно-кольцевой.

Характеристики: стенки покрыты плёнкой воды, а в ядре потока – пар, среда 2^хфазная. При уменьшенииP₂возможно слияние парового – пузырькового и образованиеснарядного режима течения, ₂- предсказать заранее нельзя.

4) Плёночный режим с высыханием плёнки и переход в дисперсный режим. В паровом потоке капли влаги. Высыхание плёнки®зона ухудшенного теплообмена. Эту часть ИСП – называют испаритель с ухудшенным теплообменом.

Кризис теплоотдачи 2^ого рода.

(т.е. больше пара, чем воды), - энергетические формулы для оценки.уменьшается в 100¸1000 разÞповышается температура стенки.

Если теплоноситель высоко температурный, т.е. если

,

то возможен пережог теплообмена трубки. Положение усугубляется тем, что здесь идёт интенсивное отложение накипи на стенки трубы. Это объясняется тем, что растворимость примесей в паре на 2-3 порядка меньше, чем в воде, а питательная вода всегда вносит какое-то количество солей жидкости.

Соли жидкости образуются:

2^мякатионамиÅ

2^мяанионамиy

образуются соли:

В зоне 4 ­R₂ (т.к.a₂¯), ­ R_нак , R_ст=const, R₁=const.

Запишем уравнению теплопередачи :

, где

dF- площадь элементарного участка ПТО,

dQ- тепловой поток, (кВт);

q- удельный тепловой поток:

;

, если k¯¯¯значитq¯¯¯

Рассмотрим теплоотдачу от теплоносителя к стенке:

¯,­!

В зоне ухудшенного теплообмена ничего кроме неприятностей нет.

5) Характерно высыхание капель влаги и переход среды в однофазную (газообразную), поэтомуувеличивается, соответственноувеличивается. Зона – ПП (пароперегреватель), режим течения – конвективный теплообмен 1^нофазной среды при вынужденном движении.

Сравним ₂ в разных зонах

№ зоны	Вид течения	Примерные значения 2
1	Турбулентное течение однофазной среды при вынужденной конвекции
	Ламинарное течение однофазной среды при вынужденной конвекции
2	Турбулентное течение однофазной среды при вынужденной конвекции
	Ламинарное течение однофазной среды при вынужденной конвекции
3	Кипение двухфазной среды при вынужденном движении
4	Кризис кипения
5	Турбулентное течение однофазной среды (газа) при вынужденной конвекции

При увеличении температуры теплоносителя на входе t₁необходимо использовать в ПП жаропрочные, высокотемпературные стали и применяют меры к повышению₂за счет увеличения скорости.

Например: при вынужденной конвекции

,

где критерий Нуссельта,критерий Рейнольдца,- поправка на температуру,- поправка на длину

Минусы повышения скорости:

В экономайзере при большой скорости происходит смыв окисной пленки с металла, который защищает его от коррозии, поэтому при высоких скоростях интенсивно развивается межкристаллическая коррозия.

Вид рабочего тела	Допустимая скорость рабочего тела
Вода
Пар

Запишем уравнение расхода:

, где

- массовый расход;

- удельный объем;

- площадь поперечного сечения трубки;

- скорость рабочего тела.

В зонах 1 и 2 w₂=const,v(воды) слабо зависит от температуры и от давления

В зонах 3 и 4 среда уже двухфазная, следовательно, объем, и скорость зависят от степени сухости x, с ростом степени сухости увеличивается удельный объем и соответственно и скорость

В зоне 5 находится пар, состояние которого описывается уравнением:

С ростом температуры пара увеличивается удельный объем и соответственно и скорость