Паровые котлы ТЭС

Парогенераторы с жидкометаллическим и газовым теплоносителями

Парогенераторы с жидкометаллическим теплоноси­телем. Расплавленный металл, проходя реактор, подвер­гается активации, а потому теплообменная система усложняется, так как одного теплообменника недоста­точно. Чтобы сделать парогенератор безопасным для эксплуатации, АЭС выполняют трехконтурной с двумя последовательно включенными теплообменниками (см. рис. 1.2,в). В первом из них теплота от жидкого метал­ла передается промежуточному теплоносителю, а во вто­ром — теплообменнике —■ парогенераторе — промежуточ­ный теплоноситель используется для получения водяного пара. В трехконтурных схемах теплоносителем первого и второго контура является натрий, а рабочим телом — вода.

В парогенераторах с жидкометаллическим теплоно­сителем процессы парообразования и перегрева пара обычно организуются в двух отдельных агрегатах, со­единяемых между собой последовательно. Промежуточ­ный перегрев пара осуществляется в третьем агрегате. Агрегаты могут иметь корпусное или кожухотрубное исполнение. Основная причина многоагрегатного испол­нения — стремление избежать сварку труб из сталей разных составов, из которых выполняются поверхности нагрева испарительной части и пароперегревателей.

Особенностью отечественного парогенератора с жид­кометаллическим теплоносителем, работающего от реак­тора на быстрых нейтронах БН-600, — протекание про­цессов парообразования, основного перегрева и проме­жуточного перегрева пара в трех самостоятельных вер­тикальных кожухотрубных теплообменниках, называе­мых модулями. Эти три модуля составляют секцию. Во­семь таких секций образуют прямоточный парогенера­тор. Секции соединены параллельно по теплоносителю и рабочему телу. В блоке с реактором БН-600 работают три парогенератора.

Модули основного и промежуточного пароперегрева­телей соединены параллельно по теплоносителю, благо­даря чему обеспечивается высокий температурный на­пор в обоих модулях, из которых жидко металлический натрий поступает в модуль испарителя с одинаковой температурой. В испарителе питательная вода подогре­вается до температуры насыщения, испаряется и дово­дится до небольшого перегрева і(на 12—15°С). Движе­ние сред противоточное.

По своей конструкции модули испарителей и паро­перегревателей принципиально одинаковы. На рис. 24.7 показан вариант конструкции модуля пароперегревателя. Теплообменная поверхность выполнена из прямых труб, имеющих в нижней части синусоидальный погиб для компенсации разных температурных удлинений корпуса и трубной системы. Трубы ввальцованы. в трубные дос­ки, где располагаются по сторонам правильных шести­угольников. Внутри труб движется рабочее тело (вода и пароводяная смесь в испарителе, пар — в основном и промежуточном перегревателях), в межтрубном про­странстве — жидкометаллический натрий. Для защиты корпуса от возможных колебаний температуры теплоно­сителя он экранирован от потока натрия обечайкой. Трубные доски защищены плитами-вытесиителями и изо­лирующими прокладками. Натрий поступает в трубный пучок из входной камеры через 12 вертикальных окон размером 250x110 мм в обечайке, чем достигается рав­номерное его распределение в межтрубном пространстве. Аналогично выполнен и выход натрия из межтрубного пространства в выходную камеру. Входная и выходная камеры рабочего тела образованы трубными досками и съемными плоскими донышками корпуса.

Основные параметры парогенератора: тепловая мощ­ность 490 МВт, паропроизводительность 181,6 кг/'с, дав­ление перегретого пара 14,2/2,45 МПа, температура пе­регретого пара 505/505°С, температура теплоносителя на входе 520, на выходе — 320°С.

Парогенератор с натриевым теплоносителем в кор­пусном исполнении показан на рис. 24.8. По условиям технологии изготовления и транспорта наружный диа­метр корпусов принят не более 3 м. Конструкция по­верхностей нагрева всех агрегатов принципиально оди­накова: они выполнены в виде U-образных труб, вмон-

1— донышко; 2— выходная камера; 3 — выход пара; 4— ниж­няя трубная доска; 5 — дистанционная решетка; 6 — корпус; 7 — трубный пучок; 8 — разделительная обечайка; 9 — окна; 10— к газовой емкости; И — верхняя трубиая доска; 12 — крышка; 13 — входная камера; 14 — вход пара; 15 — защитная плита; 16 — выход натрия; 17 — вход натрия; 18 — дренаж.

Тированных в периферийную часть корпуса. Поскольку давление жидкого металла меньше среды, теплоноситель циркулирует в межтрубном пространстве. Для организа­ции движения теплоносителя и рабочей среды противо­током внутри корпуса установлена цилиндрическая обе­чайка. Тепловой экран защищает корпус от чрезмерного обогрева.

Основные параметры парогенератора: мощность 1320 МВт, давление перегретого пара 16,3/3,4 МПа, температура перегретого пара 540/'540°С, температура теплоносителя на входе 560, на выходе 380°С.

Парогенераторы с газовым теплоносителем. Совре­менные парогенераторы с газовым теплоносителем поме­щают в общую с реактором оболочку из предварительно напряженного железобетона (рис. 24.9). Парогенератор состоит из ряда параллельных секций, расположенных по окружности под активной зоной или вокруг нее в кольцевом зазоре. Для организации движения газо­вого теплоносителя между секциями парогенератора

Установлена газодувка, работающая на отработавшем паре промежуточного перегрева. Парогенераторы — пря­моточные (р= 17,3 МПа, ^п. п = 540°С с промперегревом 545°С). Температура газа на входе в реактор 406, на выходе из него 780°С при р = 4,7 МПа. Расход газа 1.6Х106 кг/ч.

Секция парогенератора (рис. 24.10) состоит из трех поверхностей нагрева: первая включает экономайзер, испаритель и пароперегреватель первой ступени, вто­рая — пароперегреватель второй ступени и третья — про­межуточный пароперегреватель. В целях интенсификации теплообмена на газовой стороне поверхности нагрева экономайзера и испарителя выполняются оребренными. Теплоноситель (гелий) движется сверху вниз. Питатель­ная вода поступает в кольцевой коллектор, а затем тру­бами отводится в промежуточные коллекторы. Из каж­дого коллектора выходят трубы, которые образуют пер­вую теплопередающую поверхность, представляющую собой пучок винтовых змеевиков. В этой поверхности вода подогревается до кипения, испаряется, а образо­вавшийся пар частично перегревается. Рабочее тело дви­жется вверх противотоком по отношению к теплоно­сителю.

Трубы из верхней части первого пучка проходят по кольцевой щели, образованной кожухом секции и обе­чайкой второй ступени пароперегревателя, а затем вин­товыми змеевиками олускасгся относительно теплоноси­теля прямотоком. Из нижней части перегревателя трубы проходят кольцевую щель, образованную опорным ци­линдром и внутренней обечайкой нижнего пучка. Ниже

1 — железобетонный корпус; 2 — реактор; 3 — секция парогенера­тора; 4 — газодувка; 5 — пар на промперегрев; б — вторнчно-пе - регретый пар; 7 — питательная вода; 8 — перегретый пар.

Рис. 24.10. Секция пароге­нератора АЭС Форт С.-Врейн (США) (N=330 МВт, D = = 1040 т/ч, £>с = 87 т/ч).

/ — вход теплоносителя; 2 — ла­биринтное уплотнение; 3— пром - пароперегреватель; 4—-кожух; 5 — перегреватель второй ступе­ни; 6— экономайзер, испаритель и пароперегреватель первой сту­пени; 7 — нижнее иерекрытие; 8 — выход теплоносителя; 9 — первая крышка; 10 — опора сек­ции; И — вторая крышка; 12 — выход перегретого пара; 13 — коллектор питательной воды;

14 — вход пара промперегрева;

15 — выход вторично-перегретого пара; 16 — вход питательной во­ды; 17 — сильфон.

Этого пучка трубы подсоединяются к промежуточным коллекторам, от которых перегретый пар поступает к кольцевому сборному коллектору перегретого пара. Соединительные трубы перегретого пара, равно как и соединительные трубы питательной воды между крышка­ми, образуют винтообразные компенсационные петли. Противоточный промперегреватель также образован из винтообразных змеевиков, объединенных коллекторами.

Вес всех трубных пучков воспринимается сфериче­ской крышкой и передается железобетонному корпусу через опору секции. Объем между крышками заполняет­ся гелием с давлением, несколько превышающим давле­ние в реакторе. Различие термических удлинений обо­лочки и труб промежуточного пароперегревателя ком­пенсируется сильфонным устройством.

Парогенераторы с газовым теплоносителем целесо­образно выполнять с экономайзером и пароперегревате­лем. Это показано на рис. 24.11, на котором^™— вы­ходная температура рабочего тела при получении насы­щенного водяного пара, a t^f* — температура перегре­того пара при той же температуре газового теплоно­сителя.

Действительно, для интенсивной передачи геплвты от теплоносителя к рабочему телу необходимо поддер­живать на холодной стороне температурный напор At не менее 10°С. Генерация насыщенного пара в отсутст­вие экономайзера, характеризующаяся постоянством тем­пературы рабочего тела в парогенераторе (линия /), в этих условиях ограничивается выдачей пара с темпе­ратурой /[Ь1Х, соответствующей заданному значе­нию A t.

Экономайзер позволяет увеличить температурный на­пор на входе и соответственно выходную температуру пара (линия II). При установке, кроме экономай­зера, еще и пароперегревателя выходная температура еще выше.