Парогенерирующих поверхностей

Нагретая вода из реактора по трубопроводу поступает в первый контур парогенератора, нагревает воду второго контура и превращает ее в сухой насыщенный пар (второй контур). Парогенератор представляет собой большой цилиндр горизонтального типа с U -образными трубами из нержавеющей стали с внутренним диаметром 16 мм и толщиной стенки 1,4 мм. Сухой насыщенный пар (второй контур) по паропроводам подводится к турбине мощностью 220 МВт. Процесс управления интенсивностью тепловыделения в'рёактбрё происходит путём регулирования деления атомов урана-235. Технически это осуществляется введением в активную зону или извлечением из нее стержней из материала, поглощающего нейтроны. Стержни из карбида бора, сильно поглощающие нейтроны, размещены тоже в кассетах, общим числом 73 или 37. К их верхнему концу присоединены штанги, связанные с электромеханической системой управления и защиты реактора.

Каждый парогенератор представляет собой вертикальный цилиндрический корпус диаметром 5,3 и высотой 24,6 м с двумя комплектами пучков труб для генерирования пара высокого и низкого давлений. Греющий газ проходит сверху вниз в межтрубном пространстве, охлаждаясь от 337 до 135° С. Генерируемый пар образуется внутри горизонтально расположенных труб.

Современный парогенератор представляет собой большую и сложную систему взаимосвязанных теплообменников — поверхностей нагрева, причем свойства теплоносителей, особенно пара и воды, нелинейным образом изменяются в широком диапазоне температур и давлений. В целом парогенератор представляет нелинейный объект с распределенными параметрами.

Парогенератор представляет собой сложную, большую по размерности динамическую систему с переплетающимися материальными и энергетическими потоками. По трактам рабочей среды и газов парогенератор разбивается на отдельные взаимосвязанные звенья — теплообменники. Границы разбиения определяются общей компоновкой парогенератора, конструктивными параметрами, характером теплообмена, состоянием рабочей среды.

В частотной области система уравнений, описывающих парогенератор, представляет собой линейную систему алгебраических уравнений с комплексными коэффициентами, зависящими от частоты. Ее решение для заданного набора значений частоты определяет реакцию в частотной области всех выходных координат на заданную совокупность внешних возмущающих воздействий, которые в общем случае также могут зависеть от частоты. Если задано возмущение только по одной из составляющих вектора К, причем его изображение соответствует импульсной функции Re=l —const, Im = 0, то в результате решения определяются частотные характеристики по каналам от этого возмущения по всем выходным координатам. Алгоритм расчета частотного спектра реакции выходных координат (или частотных характеристик) парогенератора разделяется на три блока:

Основными тепловыми агрегатами ТЭС являются парогенератор и паровая турбина (рис. В-1,а). Парогенератор представляет собой систему теплообменников для производства пара из непрерывно поступающей в него воды путем использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива, которое подается в топку вместе с необходимым для горения воздухом. Поступающую в парогенератор воду называют питательной водой. Питательная вода подогревается до температуры насыщения, испаряется, а выде-j лившийся из кипящей (котловой) воды насыщенный пар перегревают.

Прямоточные парогенераторы не имеют барабана, и через испарительные трубы рабочее тело проходит однократно (рис. 1-1,в), так что кратность циркуляции k=\. Прямоточный парогенератор представляет собой разомкнутую гидравлическую систему. Отличительной особенностью прямоточных парогенераторов является также отсутствие четкой фиксации экономайзерной, парообразующей и пароперегревательной зон. В испарительных поверхностях нагрева прямоточных парогенераторов происходит безостаточное превращение воды в пар. Отсутствие жидкой фазы — воды за испарительными поверхностями нагрева позволяет организовать работу парогенераторов не только на докритическом, но и на сверхкритическом давлении, т. е. р^ркр.

На рис. 19-11 показан парогенератор ТПП-110 ТКЗ производительностью 264 кг/сек, 255 бар, 585/570° С для работы на АШ с жидким шлакоудалением и установки в блоке с турбиной 300 Мет. Топка выполнена с пережимом и встречным двухъярусным расположением турбулентных горелок. Парогенератор представляет собой два П-образных несимметричных корпуса; в правом корпусе расположены первичные пароперегреватели, в левом — промежуточные пароперегреватели. Из условий блочной постав- ffffff [_j_jl ки топка экранирована соединенными последовательно П-образ-ными (НРЧ) и U-образными (ВРЧ) панелями. В каждом корпусе тракт среды разделен на два автономно регулируемых потока^, расположенные с правой и левой сторон корпуса. Ход среды: конвективный пакет экономайзера, НРЧ, двухпакетная вынесенная зона максимальной теплоемкости, потолочный экран, ВРЧ, двухпакетная конвективная противоточ-ная ступень пароперегревателя, первая и вторая ширмовые ступени пароперегревателя. Последние три ступени пароперегревателя омываются всем количеством пара из обоих корпусов. Выходной пакет пароперегревателя выполнен из стали Х18Н12Т, прочие пакеты и весь экран — из стали 12Х1МФ. Промежуточный пароперегреватель также состоит из трех ступеней: первая и вторая—ширмовые прямоточные, третья —двухпакетная конвективная противоточная. Выходная ступень промежуточного пароперегревателя из стали 12Х2МФСР, прочие из стали 12Х1МФ. Температуру промежуточного перегрева регулируют форсиров-кой одного из корпусов и паропаровыми теплообменниками. Камеры конвективных пакетов расположены в газоходах. Одноступенчатый

Парогенератор представляет собой вертикальный цилиндр диаметром 3040 мм, рассчи-

Парогенератор представляет собой стальной сосуд, изготовленный из нержавеющей стали. Внутри парогенератора по всей его высоте расположена спиральная трубка 010x2 мы, обогреваемая первичным паром от ТЭЦ. Верхняя часть спирали служит в качестве перегревателя греющего пара для конденсатора.

Наиболее простыми по своей схеме являются прямоточные парогенераторы. В своей основе прямоточный парогенератор представляет собой обогреваемую трубу (канал), на вход которой подается вода, а выходит перегретый пар (рис. 1-9). Превращение воды в пар происходит за один ход.

Гипрооргхим спроектировал и построил парогенератор дифенильной смеси производительностью 500 000 ккал/ч, который работает безаварийно с 1952 г. [Л. '192]. Парогенератор представляет собой двухбарабанный экранированный с .вертикально расположенными трубами котел высотой 3,54 м, шириной 3,88 м и длиной 3,04 м (в обмуровке); котел вырабатывает насыщенный пар давлением 4,5 ата (т. е. с температурой примерно 340° С); топка ручная слоевая, работающая на донецком угле марки Д с теоретической температурой горения 1 445° С; расход топлива 170 кг/ч; температура газов в конце топки 80У С, а за котлом 470° С; радиационная поверхность нагрева котла 9,2 ж2, конвективная — 23,6 л«г; теплонапряжение радиационной поверхности 38,2 тыс. ккал/м? • ч и конвективной 6,3 тыс. ккал/лР • ч; объем, занимаемый жидкостью, 1,61 м3; входная скорость жидкости в трубы левого экрана 0,85 м/сек, правого экрана 0,8 м/сек и в трубы конвективного пучка — 0,72 м/сек; кратность циркуляции в левом экране 25, в правом 41, в первом конвективном пучке 66 и во втором 112. В настоящее время аналогичные котлы выпускаются Белгородским заводом.

В связи с этим в институтах ВНИПИчерметэнерго-очистка и Стальпроект разработан энерготехнологический агрегат, предназначенный для нагрева металла и выработки пара энергетических параметров [86]. В этом агрегате предусмотрена установка парогенерирующих поверхностей нагрева теплоутилизационной части непосредственно над печью. Подогрев воздуха осуществляется в трубчатом воздухоподогревателе, размещаемом на выходе дымовых газов из агрегата.

В целях определения влияния нитритов, нитратов и ингибиру-ющего действия органических веществ хозяйственно-бытовой сточной воды на коррозию металла парогенерирующих поверхностей

При высоких давлениях пара становится допустимой работа парогенерирующих поверхностей нагрева в режимах пленочного кипения, так как в этом случае абсолютные значения коэффициентов теплоотдачи к воде (а, ккал/м2-ч-град) имеют порядок нескольких тысяч. Поэтому пережог котельной трубы не происходит даже при тепловых нагрузках, близких к ЫО6 ккал/м*-ч, хотя температурный напор стенка — жидкость заметно повышается.

Одним из перспективных методов опреснения соленых вод является термический метод. Однако этот метод оказывается экономически выгодным при дешевых источниках тепла и относительно небольших удельных капитальных затратах на испарительную установку, которые могут быть достигнуты на установках высокой производительности при использовании тепла атомных электростанций двойного назначения (атомных теплоэлектроцентралей). Однако здесь необходимо предварительно разрешить ряд проблем, и прежде всего, применительно к испарительной установке, обеспечить безнакип-ный режим работы парогенерирующих поверхностей в достаточно широком интервале температур, по возможности более высокие значения коэффициентов теплопередачи и тепловых потоков, достаточно эффективную очистку вторичного пара от капель (при высоких скоростях пара в паровом объеме испарителя), установить наиболее экономичные схемы и параметры испарительной установки и станции в целом. В настоящее время эти и многие другие вопросы, возникшие при проектировании крупных установок по обессоливанию соленых вод, изучаются в лабораторных и полупромышленных условиях. В СССР (г. Шевченко) работает опытно-промышленная многоступенчатая установка производительностью 5 000 MS Icy тки. Чтобы предохранить поверхности теплообмена от отложений, в исходную воду вводится мелкокристаллическая затравка того же состава, что и у накипи. Экспериментально установлено, что в определенных режимах накипеобразующие компоненты отлагаются только на кристаллах затравки. Укрупненные кристаллы выводятся из установок с продувкой.

Одним из затруднений, выявившихся при эксплуатации ртутно-водяных установок на органическом топливе, была ванадиевая коррозия труб ртутных парогенераторов, связанная с более высокой температурой трубных парогенерирующих поверхностей. Вследствие недостаточной изученности рабочих процессов в элементах жидкометаллического оборудования, в частности процессов генерации ртутного пара, надежность парогенераторов достигалась большим ртутным заполнением на единицу мощности, что

В-20. Миропольский 3. Л. Температурный режим металла парогенерирующих поверхностей прямоточных котлов. — «Теплоэнергетика», 1959, № 3, с. 40—44.

В-36. Миропольский 3. Л. Исследование температурных условий работы парогенерирующих поверхностей. Автореферат дне. на соиск. ученой степени докт. техн. наук. М., МЭИ, 1963. 47 с.

Разнообразие требований, обеспечивающих надежность трубной системы, увеличивается с возрастанием параметров пара и широким внедрением прямоточных котельных агрегатов. Это потребовало проведения значительного объема экспериментальных, теоретических и расчетных исследований во всей области параметров, интересующих котлостроение, и особенно при сверхкритическом давлении. Эти исследования обеспечили создание и освоение новых котельных агрегатов большой мощности и позволили разработать нормативный метод гидравлического расчета котельных агрегатов. Он включает в себя расчет парогенерирующих поверхностей нагрева котельных агрегатов с естественной и принудительной циркуляцией, прямоточных котельных агрегатов, перегревателей, экономайзеров и паропроводов. Метод составлен для котельных агрегатов с обогреваемыми трубами внутренним диаметром от 10 до 150 мм и давлением более 10 кгс/см2. Представленные таблицы термодинамических характеристик воды и пара дополнены необходимыми величинами применительно к задачам гидравлических расчетов котельных агрегатов.

Основными трудностями в эксплуатации парогенераторов этого типа явились коррозионные повреждения в местах недостаточного омывания парогенерирующих поверхностей нагрева, где наблюдалось глубокое упаривание воды и очень сильное (на несколько порядков) повышение концентрации в воде коррозионно-активных примесей, слабо переходящих в пар. Первоначально такие повреждения (в виде коррозионного растрескивания под напряжением материала труб, начинавшегося со стороны низкого давления) возникали вблизи трубной доски или даже внутри последней. Надо иметь в виду, что в парогенераторах первых выпусков трубы уплотнялись только в нижней части плиты, а в верхней имелась глубокая (до 400—500 мм) тонкая щель между трубой и отверстием в трубной доске [1.6]. На громадной горизонтальной поверхности трубной доски, пронизанной несколькими тысячами труб, постепенно накапливались рыхлые седиментационные отложения продуктов коррозии. Особенно велики отложения были в так называемой «банановидной» зоне, где, по-видимому, проходила граница зон подъемного и опускного двит жения воды, т. е. скорости циркуляции были близки к нулю. Повреждения носили характер, типичный для коррозионного растрескивания Инконеля-600 под напряжением в концентрированном щелочном растворе, образующемся при глубоком упаривании питательной воды, содержащей небольшие примеси из-за присосов охлаждающей воды в конденсаторе.

Основными параметрами, определяющими вероятность преимущественного существования той "или иной форм окислов железа, являются водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал системы и температура. В системе окислы железа—вода равновесие между ионными и молекулярными формами железа, находящимися в одной и той же степени валентности, в сильной степени зависит от величины рН. Для условий работы парогенерирующих поверхностей тепло-. силовых установок (температура <; 400° С) термодинамически устойчивым окислом является магнетит. Только при более высоком окислительном потенциале (например, при высоких концентрациях кислорода) и повышенных температурах устойчивыми окислами могут быть гематит или его гидратированные формы [3.89].

В связи с вводом значительных мощностей на атомных и тепловых электростанциях необходимо обеспечить их надежную и бесперебойную работу. Чтобы предупредить возможные неприятности в работе парогене-рирующих элементов, необходимо проведение комплекса исследований по массобмену при кипении в капиллярно-пористых структурах. Для этого необходима постановка эксперимента как в условиях, максимально приближенных к действующим атомным станциям, так и в условиях, моделирующих основные черты процесса при кипении в капиллярно-пористых телах. Первые исследования позволят получить частные рекомендации с учетом конкретных конструктивных и физико-химических условий работы блоков. Вторая группа исследований поможет глубже проникнуть в существо процесса, разработать модель, получить математическое описание и выработать общие рекомендации по физико-химическим условиям работы парогенерирующих поверхностей.