р (Рассохин Н.Г - Парогенераторные установки атомных станций (1987)), страница 6

На рис. 4.6 представлен ПГ, в котором производство пара и сепарация совмещены в одном корпусе, а на рис. 4.4 †друг ПГ, производство пара и сепарация в котором осуществлены в разных корпусах. Сепарационное устройство состоит из парового объема определенной высоты, в котором отделение унесенной воды от пара происходит под действием разности плотностей воды и пара (гравитационная сепарация). В объеме дополнительно могут быть установлены одна или две ступени сепараторов с механической сепарацией. Совмещение производства и сепарации пара в одном корпусе существенно увеличивает его размеры.

Размещение поверхности теплообмена и сепарационного объема в разных корпусах приводит к уменьшению размеров каждого корпуса, но суммарная затрата металла при этом не уменьшается. Если в одно- корпусном испарнтеле необходимая сухость пара не может быть 2 зон. ип 33 ности секционным ПГ конкурировать с хорошо освоенными однокорпусными ПГ с погруженной поверхностью нагрева. Основные принципы выбора конструкционных схем ПГ, обогреваемых насыщенным паром, целесообразно рассмотреть на примере ПГ 1 блока Белоярской АЭС (рис. 3.8). ПГ состоит из отдельно выполненных испарителя, кипящего и некипящего экономайзеров.

Наличие отдельно вынесенного экономайзера объясняется необходимостью переохлаждения конденсата и сепарата (отсепарированная из пароводяной смеси в сепараторе реактора вода) перед входом в реактор. Давления теплоносителя и рабочего тела близки друг к другу (рг — рй=4 МПа), поэтому выбор способа омывания поверхности теплообмена здесь определяется в основном конструкционными соображениями. Некипящий водяной экономайзер ничем не отличается от рассмотренного экономайзера для ПГ с водой под давлением. Для кипящего водяного экономайзера не нужно организовывать сепарацию пара, поэтому его конструкция в принципе не должна отличаться от конструкции не- кипящего водяного экономайзера.

Наличие же двухфазной среды только облегчает конструкцию поверхности нагрева, так как в 'этом случае интенсивность теплообмена практически це зависит от скорости пароводяной смеси. В испарителе теплообмен со стороны теплоносителя и рабочего тела происходит при изменении агрегатного состояния, поэтому коэффициент теплопередачи достигает высоких значений. При горизонтальном расположении испарителя (на Белоярской АЭС) теплоноситель следует направлять внутри труб, так как в противном случае нижние пуч~ки труб будут покрываться пленкой конденсата, что снизит интенсивность теплообмена.

Такая схема омывания поверхности нагрева испарителя является единственно возможной при осуществлении его в виде теплообменника с погруженной поверхностью. При вертикальном расположении испарителя может быть применен любой способ омывания поверхности нагрева. Но обязательно направление теплоносителя сверху вниз, так как восходящее движение конденсирующего пара тормозит стекание пленки конденсата и утолщает ее, что снижает интенсивность теплообмена. влагу телллиюлп ела Пелбсо телы яееителя 1"а=410'С. 1, Я-Диаграмма такого ПГ аналогична представленной на рис.

3.1. Однако плохие теплофизические свойства органических теплоносителей, усложнение первого контура из-за нестабильности этих веществ, по крайней мере на ближайший обозримый период, сняли с повестки дня энергетиков рассмотрение АЭС с такими теплоносителями. И это несмотря на совсем малые давления в первом контуре (не более 1 МПа). Если в будущем удастся создать стойкий к разложению высокотемпературный органический теплоноситель, то вполне возможно возвращение к новым разработкам таких энергетических установок. Возможные конструкционные схемы. Различие теплофизических свойств органических веществ и воды определяют другие подходы к определению рациональной конструкционной схемы ПГ с органическим теплоносителем. Возможность нагрева его в реакторе до более высокой температуры (по сравнению с водой) позволяет рассматривать паротурбинный цикл с перегретым паром.

Следовательно, ПГ может состоять из пароперегревателя, испарителя и экономайзера. Малое давление теплоносителя по сравнению с давлением рабочего тела дает возможность организовать й 3.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СХЕМ ПГ, ОБОГРЕВАЕМЫХ ОРГАНИЧЕСКИМИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯМИ бегу атель- гуллы легла~у телллллеи тели Рнс 3 ГО Схема многокорпус ного ПГ с естественной цнркулнцней: à — аиоиаиайаер; 2 — испарительс а — пароперегрееатель; а — сепарапиоииый барабан: б — оп скиы» трубы Рнс, згь Схема примотопного ПГ: à — корпус; à — ькопоыайтер; б — испаритель; а — парсоере- греиатель 37 Параметры ПГ.

В СССР и США были осуществлены АЭС с органическим теплоносителем, температура которого на входе в ПГ г'1 не выше 328 оС. Такой температурный уровень отвода тепла из реактора позволяет практически рассчитывать на производство рабочего пара среднего давления с небольшим перегревом. Последующие изыскания более стойких органических теплоносителей давали возможность надеяться на достижение 1'1 несколько более 400'С, что позволило бы рассчитывать на применение стандартных параметров среднего давления рх=3,5 МПа; Зб его движение в корпусе теплообменника в межтрубном пространстве.

При такой схеме омывания поверхности нагрева все элементы ПГ легко бсомпонуются в одном корпусе. Из-за своих теплофизических свойств органические теплоносители не могут обеспечить высокой интенсивности теплообмена, поэтому поверхности нагрева будут иметь весьма большие размеры. Их более целесообразно будет выполнять из змеевиковых, плоских, винтовых нли спиральных труб. Движение рабочего тела внутри труб, как правило, принудительное.

Схема прямоточного ПГ представлена на рис.3.9. Схемы ПГ с естественной и многократной принудительной циркуляцией аналогичны схемам, изображенным на рис. 3.18. Для ПГ существенной единичной производительности однокорпусной вариант может оказаться слишком громоздким, в этом случае целесообразен переход на многокорпусной вариант. В этом случае можно более просто осуществить испаритель с естественной циркуляцией, если применить в нем не змеевики, а трубы каких-либо самокомпенснрующихся профилей, например Т.-образные, как на (рис, 3.10). Если проектируется ПГ на средние параметры, то может оказаться, что наиболее целесообразно выполнение испарителя с погруженной поверхностью нагрева. В этом случае тепло- носитель будет проходить внутри труб, а рабочее тело — в межтрубном простуанстве.

Компоновка такого ПГ будет многокорпусной. При г'г)1,а возможно объединение в одном корпусе экономайзера и испарителя (см. рис. 4.8). При условии 1"1«,г„з в экономайзере и пароперегревателе движение теплоносителя по трубам всегда целесообразнее (так как Радуг) ° 9 3.3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СХЕМ ПГ, ОБОГРЕВАЕМЫХ ЖИДКИМИ МЕТАЛЛАМИ Параметры ПГ. Жидкометаллические теплоносители относятся к группе высокотемпературных. Находящиеся в работе в настоящее время АЗС с жидкометаллическими теплоносителями оборудованы реакторами с температурой теплоносителя на выходе до 600'С.

Это дает возможность осуществить стандартные паротурбинные циклы с КПД современных ТЗС [П1 блок Белоярской АЭС, АЭС «Феникс» (Франция)1. Давление в контуре теплоносителя невысокое, рассчитанное практически только на преодоление гидравлических сопротивлений.

Перепад температуры в теплоносителе 1',— 1", может быть довольно большим — 200'С и более, что позволяет переносить большие количества тепла при относительно малых расходах. 1«-диаграмма ПГ без промежуточною пароперегревателя показана на рис. 3.1, а с промежуточным пароперегревателем — на рис. 3.17. Конструкционные схемы. В настоящее время на АЭС в качестве жидкометаллического теплоносителя применяется только натрий. Из-за его сильной активации в реакторе и химической активности 36 Рис. З11. Схема производства пара на трехконтурной АЭС с реактором, обо.

греваемым жидким натрием: У вЂ” реактор; У в конненсаторм абъемег 3 в бнологнческан защита резкторз; Ч вЂ” бнологаческак защите промежуточного контура; 5 — ПГ; б — насос щюнежуточного контуре; у — лромежуточнма тенлообменннк; а — насос серного контура по отношению к воде и воздуху схема АЭС с реакторами, охлаждаемыми жидким натрием, должна состоять из трех контуров (рис, 3.11). В трехконтурной схеме для передачи тепла от реактора рабочему телу имеется два теплообменных аппарата. Один из них отделяет контур теплоносителя с высокой радиоактивностью от контура теплоносителя без радиоактивности. Он называется промежуточным тепдообменником.

На этот теплообменник возложена также задача локализации последствий возможной аварии при случайном контакте Ха с водой в ПГ. В нем происходит передача тепла от нагреваемого в реакторе теплоносителя другому, циркулирующему в системе промежуточного теплообменинка ПГ. Эта система называется промежуточным контуром. Теплоносителями промежуточного контура могут быть Ыа нлн сплав Ха — К. Более целесообразно применение На не только нз-за его лучших теплофизических свойств, но и вследствие нецелесообразности увеличения числа веществ, используемых на АЭС. Поверхность теплообмена промежуточного теплообменника омывается однофазными средами.

Поэтому подход к выбору его конструкционной схемы такой же, как для экономайзера ПГ, обогреваемого водой. В проектах первых установок конструкция промежуточного теплообменника усложнялась н выполнялась с двумя самостоятельными поверхностями теплообмена (как это показано на рис. 3.11, поз.

7): одна †д первичного теплоносителя, вторая — для промежуточного. Пространство между поверхностями заполнялось теплопроводной жидкостью На, )4а — К нли твердыми прослойками (например, трубки в матрйцах из металла, как на установке «Даунри», Великобритания). При наличии трех контуров и хорошо отработанной предохранителырой системы выполнение теплообменника с двумя поверхностями теплообмена нецелесообразно.

Для того чтобы прн нарушении плотности теплообменннка радиоактивный гга не попадал во второй контур, давление в нем поддерживается несколько ббльшим, чем в первом контуре. 39 В д теплонаси теле отдод лерегревт лара ьиэгогп дадлени ппйдпд сипиипелано додаг Лоддпд лара нигкпео дадлени лоддтд теллпносит П дпд отдпд лереретого нгсзхаенного пара а д ларолереередатела окова 5 ~енин Рис. 3.14. Схема злемента поверхности теплообмеиа из 1)-образных кольцевых трубок: Х вЂ” раздаювзая и собирающая камеры тепло. нсситехя: 2 — трубные доски: г — «аисры ииднкатсра утечек; 4— Кольневой зазор, занолиеиный теплойроводпой средой; 5 — завывая трубка поверююсги теплообиева; я — внутренняя трубка поверхности теп- лообмена од алгслышй в итштя зсплгслл Рис. 3.12.

Схе ма прямоточного ПГ с промежуточным цароперегревателем: греватель высокого авл; 5, б— 2 зкиоиайзер: 2 — испаритель; г — промеж точный у пароперегреватель: 4 — паропере- с го давления; 5. б — патрубкв подвода и отвода теплоносителя Рис. 3.13. Схема и спарителя с поверхностью теплообмена из обратных злементов (с естественной циркуляцией): ту ех ич ской сепарации; 2 — первая ступень иеханвческой сепараи 2 — вторая ступень и аи е — Р ~ пшт; — тРубная доска вкутрепннх трубок: 5 — виутреиняя — погруигенвый лы чатый т; 4— ни: )йодьеиная система); 5 — корпус злемента; б — трубаая доска внешних трубок; 7 — внешняя трубка злеиеи вита ПГ, рассчитанный на сверхвысокие параметры, включает в себя помимо экономайзера, испарителя и пароперегревателя также и промежуточный пароперегреватель (рис. 3.12) Назначение промежуточного пароперегревателя — перегрев частично отработавшего в турбине пара.