Материал: Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции (1994 г., 5-е издание)

В смешивающем подогревателе расход пара определяется исходя только из подогрева воды до температуры кипения при полной конденсации греющего пара; в деаэраторной колонке расход греющего пара должен не только обеспечивать такой догрев, но и превышать его, для того чтобы создать наиболее благоприятные гидродинамические условия для выноса неконденсирующихся газов. Так как при этом уходит довольно большое количество пара (не менее 1 кг/т для удаления кислорода и не менее 3 кг/т для удаления углекислоты), то не рекомендуется выброс этой паровоздушной смеси, называемой выпаром деаэратора. При этом возможны два решения, которые позволяют увеличить расход выпара до 5 — 10 кг/т, что улучшает деаэрацию без потерь конденсата. Решения эти таковы: либо в схему деаэраторной установки включается охладитель выпара (ОВ) (7 на рис. 5.3а), в котором конденсация пара происходит за счет нагрева части питательной воды перед входом в деаэратор, либо выпар деаэратора направляется на эжекторы конденсатора (рис. 5.3б) и конденсируется в их холодильниках совместно с основным паром эжекторов (см. § 8.2). Для двухконтурной АЭС выброс пара в атмосферу нежелателен по условиям экономичности, а для одноконтурной АЭС он недопустим (в связи с радиоактивностью пара).

Рассмотрим основы термической деаэрации. При наличии в воде неконденсирующихся газов полное давление над кипящей водой

(5.2)

где pH2O и Σрг — парциальное давление водяных паров и неконденсирующихся газов.

Из рис. 5.2 видно, что чем больше будет парциальное давление водяных паров, тем меньше парциальное давление неконденсирующихся газов и соответственно их содержание в деаэрируемой воде. В пределе, если р≈рH2O , то Σрг ≈ 0, то есть сущность термической деаэрации заключается в догреве воды до кипения и создании над ней возможно большего парциального давления водяных паров. Дополнительными факторами, способствующими удалению газов из конденсата, являются повышение температуры, уменьшающее растворимость газов в воде (см. рис. 5.2) и эжектирующее воздействие греющего пара, подаваемого в деаэраторную колонку и проходящего по всей ее высоте.

На тепловых электростанциях применяют смешивающие деаэраторы струйного типа. Схема такой деаэраторной колонки представлена на рис. 5.4 (стрелками в корпусе показано движение пара). Конденсаты, подлежащие деаэрации, поступают через штуцера 1 и 14 в смесительное устройство 2 и через отверстия в горловине 3 сливаются на перфорированную тарелку 4. Такие деаэраторы поэтому часто называют тарельчатыми. Струи конденсата, падающие на тарелку 4 и далее на водоперепускной лист 5, пересекаются потоком греющего пара и прогреваются за счет его конденсации. С листа 5 конденсат сливается на арботажное устройство через сегментное отверствие 13. Барботажное устройство, в котором происходит окончательная деаэрация, состоит из перфорированного листа 6, пароперепускных труб 12 и сливных труб 7. Греющий пар подается по трубе 10 под барботажное устройство. Площадь перфорации барботажного листа принята такой, что даже при минимальной нагрузке деаэратора под листом образуется паровая подушка. Это обеспечивает контакт всей воды с греющим паром в барботажном устройстве. При максимальной нагрузке в работу включаются трубы 12 (сначала наружная, а затем внутренняя) для прохода пара помимо барботажного листа.

72

Поддон 11 соединен с барботажным листом, образуя гидрозатвор. Оставшийся несконденсированным пар вместе с газами (выпар деаэратора) отводится через штуцер 15. Деаэрированная вода сливается в деаэраторный бак 8 через его горловину 9.

За время движения вниз вода прогревается до температуры насыщения за счет конденсации греющего пара. Конденсат

Рис. 5.4. Схема деаэраторной колонки

греющего пара присоединяется к струям воды, а остальной пар проходит дальше по высоте колонки, обеспечивая ее вентиляцию, унося с собой неконденсирующиеся газы, выделившиеся в процессе деаэрации.

Вода и греющий пар движутся встречными потоками: вода вниз, а пар — вверх. Движение пара вверх не только обеспечивает наилучшую вентиляцию в деаэраторе, но и увеличивает время пребывания в нем движущейся вниз воды, что улучшает ее прогрев и деаэрацию.

73

Деаэраторы смешивающего типа имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что вследствие конденсации греющего пара в нижней части колонки, в верхнюю ее часть проходит все меньшее количество пара. Это затрудняет прогрев конденсата в верхней части колонки и требует увеличения расхода выпара до 5 — 10 кг/т.

Увеличение расхода выпара улучшает характеристики деаэратора по конечному эффекту дегазации. Однако чрезмерно увеличивать этот расход не следует, чтобы не увеличивать затраты на теплообменную поверхность охладителя выпара (ОВ) или потери теплоты на тракте от выхода выпара из деаэратора до места установки эжекторов конденсатора.

Если для конденсации пара выпара использовать конденсат после ПНД, то перепад температуры для работы ОВ окажется малым, а потребная поверхность ОВ — очень большой. Можно применить решение, показанное на рис. 5.3а, направив в ОВ конденсат с низкой температурой. В таком случае потребная поверхность ОВ резко уменьшается. Большое кислородосодержание и влажнопаровая среда, в условиях которой работает поверхность нагрева охладителя выпара, способствуют его интенсивной коррозии. Поэтому, особенно для одноконтурных АЭС, поверхность теплообмена приходится изготовлять из коррозионно-стойких сталей.

5.3. Выбор параметров работы деаэратора

Чем выше давление в деаэраторе, тем более развит регенеративный цикл в области ПНД и менее развит в области ПВД, что удешевляет оборудование. Однако при этом удорожается сам деаэратор. В настоящее время на АЭС наиболее распространены деаэраторы на 0,7 МПа. На ряде вновь проектируемых установок предполагается применение давления ~1,2 МПа. В этом случае завод-изготовитель деаэраторной колонки и дсаэраторного бака несколько видоизменяет конструкцию деаэратора на 0,7 МПа, укрепляя ее.

При неналаженной работе деаэраторной колонки она может выдавать плохо продеаэрированную воду и при довольно большом расходе выпара. Это может быть вызвано наличием даже небольшого (1 — 2 ) недогрева до кипения. Для предотвращения этого явления при расчете системы регенерации подогрев воды в деаэраторной колонке выбирают примерно вдвое меньшим, чем в каждом из ПНД и ПВД. Так, на рис. 5.1 в каждом из ПНД нагрев происходит на ~ 30 , в каждом ПВД — на ~35, а в деаэраторе — только на 15 . В хорошо налаженных деаэраторах недогрев воды до кипения практически отсутствует.

Производительность деаэраторной установки выбирают по ее полной потребной мощности, но резервных деаэраторов не применяют. Для мощных турбинных установок АЭС, особенно при работе на насыщенном паре, может возникнуть необходимость параллельной работы двух деаэраторов. Возможна также параллельная работа деаэраторов нескольких турбин, обслуживающих один реактор. При параллельной работе деаэраторы соединяют уравнительными линиями как по питательной воде, так и по греющему пару. При этом основной регулятор давления пара располагают на уравнительной паровой линии, а регулятор давления, установленный на каждом деаэраторе, играет вспомогательную роль.

74

Выбор давления в деаэраторе и параметров греющего пара для деаэратора — одна из задач расчета тепловой схемы АЭС. Можно считать, что процесс деаэрации воды будет проходить одинаково эффективно при любом давлении, то есть переменное давление в деаэраторе допустимо. Однако деаэратор соединен с питательным баком и через питательную линию — с питательным насосом. При снижении давления в этой системе может произойти вскипание с нарушением работы питательного насоса и самой деаэрации в результате набухания воды и заброса ее в деаэраторную колонку. Поэтому предпочтительнее поддерживать давление постоянным при переменных параметрах греющего пара. Этого достигают с помощью редуктора с соответствующей автоматикой. Поддержание постоянства давления греющего пара в деаэраторах конденсационной электростанции, то есть в отсутствие регулируемых отборов, невозможно, так как давление в отборах изменяется пропорционально нагрузке, а в режиме холостого хода практически равно нулю. В связи с этим при номинальном режиме целесообразно подавать на деаэратор пар из отбора, давление в котором превышает давление в деаэраторе на 40 — 45%. Этот источник пара обеспечивает работу деаэратора в интервале нагрузки примерно от 70 до 100%, т. е. в наиболее вероятном режиме. Если нагрузка становится ниже 70%, то деаэратор переключается на предыдущий отбор, с помощью которого обычно возможно пароснабжение до нагрузки 30 — 40%. И наконец, для режимов пуска и холостого хода предусмотрена подача свежего пара с его дросселированием (см. рис. 5.3).

Деаэратор — один из подогревателей в общей системе регенерации. Искусственное поддержание давления в одной из точек регенеративного подогрева на постоянном уровне (в то время как в других подогревателях при изменении нагрузки оно меняется) неизбежно искажает наивыгоднейшее распределение подогрева в системе регенерации. Поэтому в последнее время в проектах предусматривается работа деаэраторов на скользящих параметрах. При этом параллельно работающие деаэраторы должны иметь уравнительные линии только в пределах регенеративной схемы одной турбины, то есть предполагается независимая работа деаэраторов каждой турбины.

Так как в деаэратор направляется также пар из расширителя непрерывной продувки, отсосы из уплотнений штоков регулирующих клапанов турбины и дренажи паропроводов, то увеличение давления в нем уменьшает соответствующие энергетические потери.

5.4. Деаэраторные баки и схемы включения деаэраторов

Как указывалось в гл. 4, регенеративные подогреватели, выпускаемые заводами, позволяют ограничиться одной "ниткой". Производительность деаэраторных колонок существенно меньше, поэтому для турбины мощностью 500 МВт конденсат после ПНД приходилось распределять, например, по четырем деаэраторным колонкам (рис. 5.5), расположенным по две на один бак, симметрично по его длине (деаэраторы на рисунке расположены в плане). Аналогично подается в деаэраторные колонки конденсат греющих паров ПВД. В смесительном устройстве (см. рис. 5.4) этот поток смешивается с основным конденсатом, поступающим после ПНД. Если на один реактор предусмотрено две машины до 500 МВт и деаэрагорные системы обеих машин объединены, то для каждой турбины на линиях подачи в деаэраторную головку основного конденсата никакой

75

арматуры не устанавливают. Возможная неравномерность подачи ликвидируется за счет работы уравнительных водо- и пароперепускных труб между деаэраторными баками. На линиях между деаэраторами разных турбин отсечная арматура имеется, но практически не используется. Такая схема (как было показано в § 5.3) не допускает работы деаэратора на скользящем давлении.

В последних проектах используются новые, более мощные деаэраторные колонки, что позволяет для турбины мощностью 1000 МВт ограничиться четырьмя колонками, как это было ранее для турбины мощностью 500 МВт. Вместимость деаэраторного бака ограничена, она составляет 100 — 120 м3, то есть деаэраторные баки могут обеспечить не более чем трехминутный запас питания парогенератора двухконтурной АЭС, или реактора одноконтурной АЭС на случай перебоя в подаче конденсата, а основной запас конденсата обеспечивается в утепленных баках аварийного питания, расположенных вне главного корпуса. Для блока АЭС мощностью 1000 МВт таких баков три, а вместимость каждого — 1000 м3. Вода из них подается в деаэраторные баки специальными аварийными насосами, включаемыми автоматически при нарушении нормальной подачи конденсата.

Рис. 5.5. Раздача конденсата в деаэраторы турбины мощностью 500 МВт:

1 — линия конденсата после ПНД; 2 — деаэраторный бак; 3 — деаэраторная колонка; 4 — подвод греющего пара

Для того чтобы в нормальной эксплуатации запас воды в дсаэраторном баке был возможно большим, уровень в нем поддерживают высоким, но обязательно ниже места присоединения деаэраторной колонки, чтобы не нарушать ее работы и не создавать возможности заброса воды в ступени турбины через трубопровод подвода греющего пара. Поэтому деаэраторный бак па отметке максимально допустимого уровня воды снабжают автоматическими переливными клапанами. Кроме того, на линии отборного пара от турбины к деаэратору имеется обратный клапан, закрывающийся при сбросе нагрузки турбиной. Это предохраняет турбину от поступления в нее пара, образующегося в объеме деаэраторного бака при сбросе давления, и от заброса в турбину воды вместе с этим паром.

Кроме отборного пара турбин целесообразна подача к деаэратору также и редуцированного свежего пара (см. рис. 5.3), что дает возможность подавать дополнительное количество греющего пара при нерасчетном недогреве воды перед деаэратором. Это позволяет также использовать деаэратор в системе расхолаживания реактора и снабжать деаэратор греющим паром при частичных нагрузках, когда давление

76