Тепловые и атомные электрические станции - часть 21

163

тель конденсата направляется в деаэратор питательной воды турбоуста-
новки.

При работе по такой схеме при любых потерях пара и конденсата

у потребителя сохраняется весь конденсат пара, отведенного из отбора
или выхлопа турбины в паропреобразователь.

Для поверочных расчетов многоступенчатых испарительных уста-

новок необходимо составить систему уравнений теплового баланса и
теплопередачи для каждого из элементов оборудования аналогично то-
му, как это было сделано для одноступенчатой установки.

Решая систему уравнений для выбранных типоразмеров испарите-

лей, конденсаторов испарителей и подогревателей, можно определить
производительность установки и параметры теплоносителей.

Существенными преимуществами термического способа обессо-

ливания  воды являются  высокая  степень  ее очистки от  минеральных и
органических  примесей  повышенной  минерализации,  а  также  малое
влияние состава исходной воды на качество дистиллята,  что позволяет
использовать этот способ для обессоливания природных и сточных вод.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите виды потерь пара и конденсата в цикле ТЭС и способы
их восполнения.
2. Каково назначение расширителей в схеме продувки котлов?
3. Чему равно количество пара, получаемого в первой и второй ступенях
расширения продувки котла?
4. Назовите способы подготовки воды для восполнения внешних потерь
на ТЭЦ.
5. Поясните связь между содержанием примесей в исходной воде и спо-
собами ее очистки.
6. Назовите основные различия схем включения испарителей на КЭС и
ТЭЦ.
7. Каково назначение многоступенчатых испарительных установок на
ТЭС?
8. Назовите преимущества термического способа обработки воды по
сравнению с другими способами.

164

Глава восьмая. ЭЛЕМЕНТЫ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ТЕПЛО-
ВЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

8.1. СОДЕРЖАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

Принципиальная тепловая схема электростанции отражает все

этапы  технологического  процесса  преобразования  энергии,  выделив-
шейся при сжигании органического топлива или делении ядер урана, в
электрическую  энергию  и  теплоту,  используемую  для  промышленных
нужд и теплофикации. Принципиальная тепловая схема электростанции
на  органическом  топливе  содержит  все  основное  и  вспомогательное
технологическое  оборудование  от  котельной  установки  до  турбины  по
паровым  и  водяным  линиям,  а  также  все  оборудование,  служащее  для
отпуска  теплоты  внешним  потребителям,  термической  подготовки  до-
бавочной воды, использования теплоты продувочной воды и др.

Для одноконтурной АЭС на схеме приводится все технологиче-

ское оборудование контура рабочей среды, а для двухконтурных и трех-
контурных схем наряду с оборудованием этого контура – оборудование
контуров теплоносителей. На принципиальной схеме показывают лишь
те связи (коммуникации) между оборудованием, которые необходимы
для осуществления технологического процесса. Резервное оборудование
на схеме не указывается. Однотипное оборудование вне зависимости от
числа установленных агрегатов изображается одним элементом, а тру-
бопроводы при нескольких параллельных потоках – одной ниткой.

Принципиальная тепловая схема может быть составлена лишь по-

сле того, как на основе предварительных проработок выбраны тип стан-
ции, начальные и конечные параметры, цикл паротурбинной установки
и ее мощность, схема регенеративного подогрева питательной воды,
способ подготовки добавочной воды, схема отпуска теплоты потребите-
лю, схемы использования теплоты уплотнений турбины, эжекторной
установки, продувочной воды паровых котлов и ПГ, испарителей и па-
ропреобразователей и др.

Расчет принципиальной тепловой схемы позволяет установить по-

казатели тепловой экономичности станции и отдельных установок, а
также расходы пара, воды и теплоносителей контуров АЭС. Кроме того,
по данным этого расчета уточняют технические характеристики основ-
ного оборудования и устанавливают технические характеристики, по
которым могут быть выбраны или разработаны элементы вспомогатель-
ного оборудования.

165

Ниже рассматриваются основные элементы принципиальных теп-

ловых схем и приводится описание оборудования паровых и водяных
линий контуров рабочей среды тепловых и атомных электростанций, а
также теплоносителя двухконтурной АЭС.

8.2. РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ

Как уже отмечалось ранее, подогрев питательной воды можно

проводить  в  подогревателях  поверхностного  и  смешивающего  типов.
Схемы  с  подогревателями  только  смешивающего  типа  применения  не
нашли, хотя при их использовании повышается тепловая экономичность
установки  и  резко  сокращается  количество  продуктов  коррозии,  кото-
рые образуются в тракте питательной воды и выносятся потоком в кот-
лы и ПГ. Это объясняется тем, что в схемах со смешивающими подог-
ревателями необходимо после каждой ступени подогрева устанавливать
перекачивающий  насос  либо  подогреватель  предстоящей  ступени  рас-
полагать  на  более  высокой  отметке  (над  подогревателем  последующей
ступени  подогрева),  чтобы  перетекание  воды  происходило  вследствие
разности гидростатических уровней.

Однако последнее практически можно осуществить лишь в той

части схемы, где для подогрева основного конденсата применяется пар
низкого  давления  и  разность  давлений  между  отборами  не  превышает
примерно 0,2 МПа, но даже в этом случае подогреватель нижней ступе-
ни  должен  быть  расположен  над  последующим  подогревателем  на  вы-
соте более 20 м. Поэтому применение находят лишь схемы, в которых
смешивающими  являются  только  первые  два  подогревателя  (по  ходу
основного  конденсата).  При  этом  первый  располагается  на  соответст-
вующей высоте и вода из него самотеком перетекает во второй подогре-
ватель,  за  которым  устанавливается  последующая  ступень  конденсат-
ных насосов. Деаэратор, конечно, также является смешивающим подог-
ревателем.

Включение поверхностных подогревателей в систему регенера-

тивного подогрева может проводиться по схемам, приведенным на рис.
8.1. Тепловая экономичность установки, в которой конденсат греющего
пара (дренаж) отводится в линию основного конденсата после подогре-
вателя (рис. 8.1,

а), наиболее высокая, так как дренаж при смешивании с

основным конденсатом (или питательной водой, если такая схема при-
менена на подогревателях высокого давления) несколько повышает
температуру воды после подогревателя. Если дренаж направлять по ли-

166

нии, показанной пунктиром, тепловая экономичность понизится. Она
еще более понизится при каскадном отводе дренажа (рис. 8.1,

б), так как

здесь во всех подогревателях, кроме первого, часть пара отбора вытес-
няется паром, образовавшимся при самоиспарении некоторого количе-
ства дренажа. Таким образом, вода в этих подогревателях частично на-
гревается теплотой, отведенной паром предыдущего отбора. При неиз-
менной мощности турбины это приводит к увеличению потерь теплоты
в холодном источнике. Особенно заметно увеличивает эти потери отвод
из последнего подогревателя, так как при этом часть теплоты, содержа-
щейся в дренируемом конденсате, отдается охлаждающей воде конден-
сатора. Именно поэтому схема, приведенная на рис. 8.1,

б, имеет наибо-

лее низкую тепловую экономичность.

Рис. 8.1. Схемы включения поверхностных подогревателей в систему регенератив-
ного подогрева:
с дренажными насосами у каждого подогревателя (а); с каскадным отводом кон-
денсата (б) и со смешанным отводом конденсата (в);
1 – регенеративный подогреватель; 2 – подвод пара от отбора турбины; 3 – ос-
новной конденсат; 4, 6 – дренажный и конденсатный насосы; 5 – конденсатор.

Наличие большого числа дренажных насосов усложняет схему,

приведенную на рис. 8.1,

а, и делает ее менее надежной в эксплуатации.

Поэтому схема не используется. Обычно применяют схему, приведен-
ную на рис. 8.1,

в, тепловая экономичность которой несколько ниже,

чем у схемы, изображенной на рис. 8.1,

а, но зато требуется лишь один

дренажный насос. Работа по схеме, приведенной на рис. 8.1,

б, осущест-

вляется, когда дренажный насос по тем или иным причинам не может
быть включен.

167

В настоящее время применяют поверхностные регенеративные

подогреватели различных типов. В одних нагрев питательной воды (или
основного конденсата) происходит только вследствие теплоотдачи от
конденсирующегося пара (рис. 8.2,

а), в других наряду с поверхностями

теплопередачи  от  конденсирующегося  пара  выделены  поверхности,  на
которых  конденсат  пара  (дренаж)  дополнительно  охлаждается  пита-
тельной  водой  (поверхности  охладителя  дренажа) (рис. 8.2,

б). Приме-

няются также регенеративные подогреватели с выделенными охладите-
лями дренажа и перегретого пара (рис. 8.2,

в). На АЭС, где в регенера-

тивные подогреватели поступает влажный пар, применяются, конечно,
только подогреватели, показанные на рис. 8.2,

а, б.

На рис. 8.2 приведены ,

t Q - диаграммы для подогревателей раз-

личных типов. Как видно из рисунков, выделенный охладитель дренажа
позволяет понизить температуру конденсата, а охладитель перегретого
пара – нагреть воду до более высоких температур на выходе из подогре-
вателя при одних и тех же параметрах пара. Все это повышает тепловую
экономичность установки.

Рис. 8.2. Схемы поверхностных регенеративных подогревателей (а–в) и

t Q

- диа-

граммы для этих схем (г–е):
а – простейший подогреватель; б – подогреватель с охладителем дренажа; в – по-
догреватель с охладителем дренажа и охладителем пара;
1 – основной подогреватель; 2 – охладитель дренажа; 3 – охладитель перегретого
пара

168

Тепловая экономичность установки зависит не только от темпера-

туры питательной воды и числа регенеративных подогревателей, но и от
перепадов температуры между греющим паром и подогреваемой средой
в характерных точках

Δ − Δ (рис. 8.2, г–е).

Увеличение температурных напоров приводит к уменьшению

размеров поверхностей теплопередачи подогревателей и, следователь-
но, к уменьшению их стоимости. Однако внутренний абсолютный КПД
установок падает и при одной и той же электрической мощности

увеличивается расход топлива. При уменьшении перепада температур

наблюдается обратная картина. Оптимальные значения этих величин

выбирают исходя из технико-экономических расчетов. Обычно недог-
рев до температуры насыщения

Δ находится в пределах 1,5–3 °С, ми-

нимальный температурный напор в охладителях дренажа

– в преде-

лах 4–8 °С, а остаточный перегрев пара

Δ – в пределах 7–15 °С. Боль-

шие значения температурных напоров являются оптимальными при де-
шевых топливах, меньшие – при дорогостоящих.

В регенеративном подогревателе с выделенным охладителем пара

(ОП), показанном на схеме рис. 8.2,

в, через выделенные поверхности

проходит вся питательная вода. Обычно через поверхности ОП пропус-
кается лишь часть общего потока воды, так как количество теплоты, от-
бираемой от перегретого пара, относительно невелико и суммарное
входное сечение всех труб, по которым проходит вода, оказывается не-
большим. Основной поток при этом пропускается через байпас. Схема,
изображенная на рис. 8.3,

а, в которой вода, прошедшая через ОП, тут

же за подогревателем смешивается с основным потоком, по тепловой
экономичности не отличается от схемы, показанной на рис. 8.2,

в. Из-

вестны схемы, по которым в охладитель пара отводится вода, прошед-
шая все регенеративные подогреватели (рис. 8.3,

б). При такой схеме

теплота, полученная от перегретого пара, увеличивает температуру пи-
тательной воды всей установки, поэтому КПД повышается несколько
больше, чем при работе по схеме, приведенной на рис. 8.3,

а. Можно

также поступающую в пароохладитель воду (как и по схеме рис. 8.3,

а)

отбирать  непосредственно  после  поверхностей  основного  подогревате-
ля,  а  затем  смешивать  с  основным  потоком  питательной  воды  за  по-
следним  подогревателем  высокого  давления  (рис. 8.3,

в). Так как при

этом пар отбора может быть охлажден в ОП до более низкой темпера-
туры, чем при работе по схеме рис. 8.3,

б, такая схема наиболее эконо-

мична.

169

Рис. 8.3. Схема подогрева питательной воды в подогревателях с охладителями пара
и дренажа:
а – вода после ОП смешивается с основным потоком; б – в ОП поступает часть
потока, прошедшего все регенеративные подогреватели (схема Виолен); в – ОП ус-
тановлен перед подогревателем-конденсатором, а нагретая в нем вода направля-
ется в поток, прошедший все подогреватели (схема Некольного – Рикара);
1 – деаэратор; 2 – подогреватель с охладителем дренажа и охладителем пара; 3 –
охладитель пара; 4 – подогреватель с охладителем дренажа.

Наряду с охладителем дренажа (ОД), встроенным в корпус реге-

неративного подогревателя, применяются охладители, выполненные от-
дельными теплообменниками. Через такой теплообменник пропускается
часть воды из основного потока конденсата, которая после подогрева в
этом аппарате вновь смешивается с потоком, идущим в следующий по
ходу воды регенеративный подогреватель (рис. 8.4).

170

Рис. 8.4. Схема регенеративного подогревателя с вынесенным охладителем дренажа:
1 – регенеративный подогреватель; 2 – охладитель дренажа; 3 – дроссельная диа-
фрагма

По конструкции поверхностные регенеративные подогреватели

разделяют на подогреватели с трубной доской и с коллекторной систе-
мой. На рис. 8.5 показан подогреватель с трубной доской без выделен-
ных  поверхностей  ОП  и  ОД.  Греющий  пар  подается  в  верхнюю  часть
корпуса и конденсируется на наружных поверхностях вертикальных U-
образных  труб.  Движение  пара  направляется  горизонтальными  перего-
родками. Конденсат пара отводится из нижней части корпуса. Для того
чтобы  с  конденсатом  не  перетекало  и  некоторое  количество  пара  (что
при каскадном сливе дренажа приведет к уменьшению тепловой эконо-
мичности установки, а при подаче дренажа в линию основного конден-
сата – к срывам в работе дренажного насоса), в подогревателе регулято-
ром поддерживается постоянный уровень конденсата. Нагреваемая вода
подается  во  входную  часть  камеры,  проходит U-образные  трубы  и  по-
падает в другое отделение. Если подогреватель двухходовой, вода отво-
дится через выходной штуцер. При четырехходовом подогревателе вода
делает еще два хода. Требуемое движение воды обеспечивается устрой-
ством перегородок в водяной камере.

На корпусе подогревателя имеются штуцера для перепуска некон-

денсирующихся газов и подвода дренажей из подогревателя более вы-
сокого давления. Неконденсирующиеся газы в подогревателях низкого
давления перепускаются из одного подогревателя в другой, а из послед-
него – в конденсатор.

Регенеративные подогреватели с трубной доской выпускаются за-

водами для ТЭС на давление со стороны воды до 3,2, для АЭС – до 4,2
МПа.

содержание .. 19 20 21 22 ..