Испарительные и теплофикационные установки

Кроме регенеративных подогревателей в состав тепловой схемы АЭС могут входить испарители и подогреватели сетевой воды. Все они являются теплообменниками поверхностного типа с применением в качестве греющей среды отборного пара турбины (как и для регенеративных подогревателей). Конденсат греющего пара после теплообменников возвращается в цикл через систему регенеративного подогрева. Если в подогревателях (так же, как и в регенеративных) конденсирующийся пар омывает трубки поверхности нагрева с внешней стороны, то такие теплообменники обычно называются водотрубными в отличие от паротрубных, где греющий пар проходит внутри труб. Испарители и сетевые подогреватели станций относятся к числу водотрубных.

Основное отличие испарителя от регенеративного подогревателя заключается в том, что в испарителе теплообмен при изменении агрегатного состояния имеет место по обеим сторонам поверхности нагрева, а в регенеративном подогревателе – только по стороне греющего пара.

В испарителях по обогреваемой стороне производится насыщенный пар. Если он направляется непосредственно в регенеративную систему для конденсации в одном из

ее подогревателей или поступает в нее в виде конденсата, полученного на теплообменной поверхности на пути из испарителя в регенеративную систему, то назначение такой установки заключается в восполнении убыли воды. Именно такая установка обычно называется испарителем или аппаратом для термического обессоливания добавочной воды. Если конденсация пара испарителя в пределах станции не осуществляется и он отпускается какому-либо потребителю вне ее, то такая установка называется паропреобразователем, т.к., питаясь паром одного давления, она отпускает пар другого давления. Система отпуска тепла в данном случае называется закрытой.

По конструктивному выполнению испарители подразделяются на горизонтальные (обычно паротрубные) и вертикальные (обычно водотрубные). Наиболее предпочтительней вертикальные испарители, т.к. в них легче обеспечить организованный сток образующегося конденсата греющего пара, повышающий коэффициент теплоотдачи по сравнению с горизонтальным течением пара внутри труб. В связи с этим уменьшается потребная поверхность нагрева, что также является преимуществом.

На рисунке 13 схематически представлена конструкция вертикального испарителя.

Рисунок 13- Вертикальный испаритель с одноступенчатой промывкой пара

1 – выход вторичного пара; 2 – жалюзийный сепаратор; 3 – вход греющего пара;

4 – вход питательной химически обработанной воды; 5 – паропромывочный дырчатый лист; 6 – водоуказательный прибор; 7 – выход конденсата греющего пара; 8 – спуск воды из корпуса испарителя; 9 – продувка испарителя; 10 – направляющая перегородка;

11 – корпус испарителя; 12 – греющая секция; 13 – опускная труба

Схема включения испарительной установки представлена на рисунке 14.

1 – подвод первичного пара; 2 – корпус испарителя; 3 – отвод вторичного пара;

4 – конденсатор вторичного пара; 5 – регулятор уровня; 6 – конденсатоотводчик;

7 – сборник конденсата; 8 – подача питательной воды; 9 – продувка испарителя;

10 – греющая секция; 11 – охладитель продувки испарителя; 12 – охладитель конденсата греющего пара

Рисунок 14 - Схема включения одноступенчатой испарительной установки без охладителя продувочной воды (а) и с охладителем продувочной воды (б)

АЭС даже чисто конденсационного типа наряду с электроэнер­гией отпускает и теплоту для собственных нужд и для жилого по­селка. Для этих целей на электростанции устанавливается тепло­фикационная установка (рис.15).

а) теплофикационная установка; б) тепловая сеть

1 – потребитель теплоты; 2 – обратная магистраль; 3 – установка подготовки

добавочной воды; 4 – подпиточный сетевой насос; 5 – сетевой насос; 6 – основной подогреватель сетевой воды; 7 - пар из отборов турбин; 8 – пиковый сетевой подогреватель; 9 – редуцируемый свежий пар; 10 – прямая магистраль

Рисунок 15 – Схема теплофикационной установки

Деаэратор

Основное назначение деаэраторов – удаление из воды растворенных в ней кислорода и агрессивных газов (СО₂, Н₂О и других), способствующих интенсивной коррозии стенок

парогенераторов, трубопроводов, теплообменников и прочего оборудования АЭС. Требования к содержанию в питательной воде газов в растворенном состоянии очень жесткие: по кислороду – 15 мг/кг, по углекислому газу – полное отсутствие. Для кислорода это значительно меньше, чем может раствориться в воде при атмосферном давлении (при 298 К в воде растворяется до 8 мг/кг кислорода).

Для удаления из питательной воды газов на тепловых станциях (в том числе и на АЭС)

применяются в основном термические деаэраторы смешивающего типа. Согласно закону Генри количество растворенных газов в воде пропорционально их парциальному давлению над поверхностью. При повышении температуры воды по мере приближения ее к температуре насыщения над поверхностью воды увеличивается парциальное давление водяного пара, и падают парциальные давления газов. Эта особенность и используется в термических деаэраторах смешивающего типа, где благодаря специально организованному хорошему контакту с греющим паром дегазируемая вода нагревается до температуры насыщения и частично испаряется. Для гарантированного снижения парциального давления газов над поверхностью воды до значений, близких к нулю, количество непрерывно отводимого из деаэратора пара в смеси с газом должно составлять в среднем 1,5 – 3,0 кг на 1 т деаэрируемой воды.

Деаэратор в тепловой схеме АЭС включается как регенеративный подогреватель смешивающего типа. В связи с этим после него всегда устанавливаются питательные насосы, а сам деаэратор включает в себя баки-аккумуляторы, служащие для сбора и хранения определенного запаса воды 0,8 – 1,1 кг на 1 кВт установленной электрической мощности.

Эффективность дегазации в деаэраторе практически не зависит от давлений. Поэтому место установки деаэратора определяется главным образом условиями, связанными с расположением питательных насосов, с разбивкой тракта питательной воды и системы регенеративного подогрева на участки схемы высокого и низкого давления. Более высокое давление в деаэраторе уменьшает число ПВД. Однако, с повышением давления, а,

следовательно, и температуры питательной воды в деаэраторе ухудшаются условия

работы питательных насосов, увеличиваются расход энергии на перекачку из-за роста удельного объема воды и масса собственно деаэратора. На АЭС, как правило, используются деаэраторы повышенного давления (0,4 – 0,7 МПа).

Принципиальная схема деаэраторной колонки представлена на рисунке 16.

1 – водораспределительное устройство; 2 – тарелка; 3 – пароперепускной клапан;

4 – штуцер

Рисунок 16- Принципиальная схема деаэраторной колонки ДП-1000

Схема включения деаэратора приведена на рисунке 17.

1 – греющий пар из отбора турбины; 2 – резервная подача греющего пара; 3 – деаэраторный бак; 4 – деаэраторная колонка; 5 – отвод выпара; 6 – охладитель выпара; 7 – сброс газов;

8 – подача части конденсата, минуя ПНД; 9 – отвод конденсата выпара; 10 – подача основного конденсата после ПНД; 11 – к питательному насосу

Рисунок 17– Схема включения деаэраторной установки

Питательные насосы

Питательные насосы являются одним из важнейших элементов тепловой схемы паротурбинной установки. От надежной и бесперебойной работы этих насосов зависит надежность питания парогенератора.

При выборе места и схемы включения питательных насосов нужно исходить из условий, обеспечивающих надежность их работы. Вследствие высокой температуры и малого недогрева до температуры кипения воды на выходе из деаэратора требуется такое взаимное расположение насосов и деаэраторов, при котором полностью исключается вскипание воды на всасе насоса. Это достигается либо соответствующим превышением расположения деаэраторов над местом установки питательных насосов (10 – 20 м), либо включением между деаэратором и основным питательным насосом так называемого бустерного насоса, создающего подпор на всасе основного насоса.

Кроме описанной одноподъемной схемы возможно применение и двухподъемной схемы включения насосов. В двухподъемной схеме главный питательный насос включается за всеми ПВД.

Предварительно включенный насос первого подъема устанавливается после деаэратора и создает давление, обеспечивающее не вскипание питательной воды при ее температуре в последнем по ходу воды ПВД.

Питательные насосы служат для подачи воды в парогенератор. Они характеризуются относительно большим повышением давления и относительно малыми подачами.

Насосы с давлением на выходе не более 10 МПа выполняются, как правило, однокорпусными, секционными, а насосы на более высокое давление – двухкорпусными с мощным внешним силовым корпусом и внутренним гидравлическим корпусом.

На рисунке 18 представлен двухкорпусной, питательный насос СВПТ – 850 – 350.

1, 4 – торцевые крышки; 2 – внешний силовой корпус; 3 – внутренний корпус; 5, 6 – напорный и всасывающий патрубки

Рисунок 18- Питательный насос СВПТ – 850 – 350

подача равна 955 м³/ч (265 л/с), давление нагнетания 34,3 МПа, давление всасывания 1,96 МПа, частота вращения 4700 об/мин, число ступеней 7. Внешний силовой корпус 5 имеет всасывающий 13 и напорный 12 патрубки и замыкается по торцам прочными крышками 3 и 7. Последние уплотняются плоскими металлическими прокладками. Патрубки направлены вниз. Внутренний корпус 6 и закладные детали отводов и переводных каналов

выполнены с разъемом в горизонтальной плоскости.