Регенеративні підігрівники живильної води
Теплові схеми турбоустановок значною мірою визначаються схемами регенеративного підігріву живильної води. Такий підігрів води паром, частково відпрацьованим в турбіні і відводиться від неї через регенеративні відбори до підігрівників, забезпечує підвищення термічного ККД циклу і поліпшення загальної економічності установки.
У систему регенеративного підігріву живильної води входять підігрівачі, що обігріваються паром, що відводиться від турбіни, деаератор, деякі допоміжні теплообмінники (сальникові підігрівачі, що використовують теплоту пара з ущільнень, конденсатори пара випарників, ежекторів і ін.), А також перекачують насоси (конденсатні, живильної води , зливні).
Підігрівачі низького тиску (ПНД)
Підігрівачі, тиск води, що нагрівається в яких визначається тиском конденсатних насосів, називаються підігрівниками низького тиску (ПНД). На ТЕС робочий тиск пара в ПНД не повинно перевищувати 1,0 МПа, а нагрівається конденсату - 3,2 МПа; для АЕС відповідні цифри складають 1,6 і 4,2 МПа.
Система регенерації низького тиску виконується однопоточному з нагріванням води в одній групі послідовно розташованих ПНД. У деяких випадках окремі ступені підігріву можуть мати два корпуси.
Підігрівачі низького тиску можуть бути двох типів: поверхневі і змішують.
У загальному випадку в подогревателях поверхневого типу конструктивно виділяють три зони: охолодження перегрітої пари (ОП), конденсації пари і охолодження конденсату нижче температури насичення (ОК).
Підігрівач ПН-400-26-8-V
А, Б - вхід і вихід нагрівається конденсату; В - вхід пари, що гріє; Г-вихід конденсату пара; Л - підведення конденсату; Ж - відведення парогазової суміші; 1 - камера водяна; 2 - трубна дошка; 3 - корпус; 4 - трубка; 5 - перегородки трубної системи
Основні вузли підігрівача - водяна камера з патрубками для підведення і відведення живильної води, перегородками всередині неї (для організації в підігрівачі певного числа ходів води - як правило, чотирьох) і фланцем; трубна система з U-образних трубок діаметром 16 і товщиною стінки 1 мм, кінці яких завальцьовані в трубній дошці (для організації потоку пара є направляючі проміжні перегородки); корпус підігрівача з привареними до нього патрубками, опорними лапами і фланцем. Трубна дошка за допомогою шпильок закріплюється між фланцями корпусу і водяний камери.
Деякі конструктивні особливості в порівнянні з іншими апаратами мають підігрівачі ПН-350; ці особливості пов'язані, перш за все, з наявністю кожуха, щільно облягає трубний пучок. При цьому усувається місцеве динамічний вплив пара на трубний пучок, яке є в інших апаратах.
У подогревателях з теплообмінної поверхнею 90-350 і 800 м2 застосовуються трубки з латуні марок Л68 і Л070-1 і сплаву марки МНЖ-5-1. В апаратах ПН-400. призначених для турбоустановок на сверхкритические параметри пара, застосовуються, як правило, трубки зі сплаву МНЖ-5-1 і аустенітної нержавіючої сталі 08XI8H10T.
Характерні конструктивні особливості підігрівачів для енергоблоків на органічному паливі видно на рис. На проміжних перегородках трубного пучка є пристрої для збору стікає по поверхні труб конденсату пари, що гріє і відведення його в нижню частину апарата. В основному тут застосовуються трубки діаметром 16X1 мм зі сплаву МНЖ-5-1, стали 08X14МФ (ТУ 14-3-1065-82) і зі сталі марки 08Х18Н10Т. Інші елементи виготовляються з вуглецевої сталі. Трубки в трубних дошках кріпляться гнуття; число ходів води - 4 (пучок паралельно включених П-образних труб відповідає двом ходам води).
ПНД енергоблоків АЕС (рис.) Мають такі основні особливості: трубні пучки набираються з прямих труб 16X1 мм з корозійностійкої сталі; кінці завальцованних труб приварюються до трубним дошках; підігрівачі ПН-950, ПН-1800 з метою підвищення надійності мають прийомні парові камери, з яких гріючийпар через спеціальні вікна в циліндричної частини корпусу надходить до теплообмінної поверхні; корпусу, як і трубки, виготовляються з 08Х18Н10Т; в залежності від компоновки ПНД застосовується або верхнє, або нижнє розташування основних водяних камер (з вхідними та вихідними патрубками).
а - конструктивна схема ПНСГ-800-1; б - загальний вид ПНСГ-800-2; 1 - підвід пари; 2 - відведення пароповітряної суміші; 3 - підведення конденсату; 4 - відведення конденсату; 5 - аварійний скид конденсату; 6 - аварійний відведення конденсату на вхід Кен; 7 - підведення дренажу з ПНДЗ; 8 - лаз
У подогревателях змішувального типу (на відміну від поверхневих підігрівачів) відсутня теплообмінна поверхню, поліпшується використання теплоти добірного пара внаслідок відсутності недогріву - різниці між температурою насичення пари, що гріє і температурою води, що нагрівається середовища на виході з підігрівача. Крім того, потрібні спеціальні заходи по створенню перепаду тисків між послідовно розташованими змішують підігрівниками: розміщення їх на різних рівнях по висоті (ускладнення будівельної конструкції, компонування) або установка перекачувальних насосів після кожного підігрівача.
Для вітчизняних потужних енергоблоків рекомендована комбінована система регенерації із застосуванням змішувальних ПНД в якості перших ступенів регенеративного підігріву. Така система з гравітаційної схемою включення змішувальних ПНД1 і ПНД2 впроваджена на багатьох блоках потужністю 300 МВт ряду ГРЕС. Різниця в висотах розташування підігрівачів обрана такою, щоб при всіх режимах роботи забезпечувався злив конденсату самопливом з ПНД1 в ПНД2. З урахуванням їх взаємного розташування все підводи в ПНД1 виконані знизу, а в ПНД2 - зверху. У ПНД1 основний конденсат після конденсатора турбіни подається конденсатними насосами 1-го підйому, а після ПНД2 - в інші ПНД і деаератор конденсатними насосами 2-го підйому. У блоках потужністю 500 і 800 МВт подача конденсату з ПНД 1 в ПНД2 передбачена за допомогою перекачувальних насосів. Схема з перекачує насосом компактніше гравітаційної, але поступається їй в простоті і економічності в зв'язку з додатковою витратою енергії на насос і втратою енергії в клапані регулятора рівня; гравітаційна схема виявилася також складною в експлуатації.
Охолоджувачі конденсату
Охолоджувач дренажу ОВ-150-ЗА:
A, Б - вхід і вихід нагрівається конденсату;
B, Г - вхід і вихід охлаждаемого дренажу;
Д - дренування охолоджувача
Установка охолоджувача конденсату пари, що гріє (дренажів) будь-якого підігрівача призводить до зменшення кількості відбирається з турбіни пара на цей підігрівач і до відповідного збільшення витрати пари з відбору з меншим тиском; це трохи збільшує теплову економічність установки (приблизно на 0,01-0,02% на один охолоджувач). Охолоджувачі конденсату призначені також для зменшення скипання в трубопроводах (за регулюючим клапаном), за якими конденсат з підігрівача більш високого тиску перепускается в підігрівач з меншим тиском.
Охолоджувачі конденсату найчастіше встановлюються по ходу обігрівається води перед підігрівачем, іноді - паралельно з цим підігрівачем з поділом потоку води, що нагрівається (наприклад, так встановлений охолоджувач дренажу ПНДЗ в схемі турбоустановки К-220-44). У ряді випадків через охолоджувач конденсату пропускають частину потоку живильної води, при цьому інша частина байпасіруется через перепускний діафрагму, опір якого розраховується по необхідному витраті.
Охолоджувачі конденсату типу ОВ застосовуються в теплових схемах турбоустановок потужністю 500-800 МВт і представляють собою водоводяні теплообмінники вертикального виконання з U-образними, як правило, сталевими трубками 22 X 2 мм; схема руху теплоносіїв - протівоточная.
Апарати ОДП-400 та ВДП-600 - горизонтальні, жесткотрубние, двоходові за основним конденсату і чотирьохходові по дренажу. Трубні пучки набираються з прямих нержавіючих труб 16X1 мм. Трубні дошки (основний і поворотною водяних камер) приварюються до корпусу. Корпус, фланці, трубні дошки і днища виготовляються з нержавіючої сталі або з вуглецевої сталі з нержавіючої плакіровкой.
Підігрівачі високого тиску (ПВД)
Система регенерації високого тиску виконується як однопоточному - з нагріванням води в одній групі послідовно розташованих підігрівачів, так і багатопотокової - з нагріванням води в двох (рідко - трьох) паралельних групах ПВД. Робочий тиск води в трубних системах визначається повним тиском живильних насосів. Для ТЕС максимальний робочий тиск пара в ПВД 7,0, живильної води 38,0 МПа, для АЕС відповідно 2,8 і 9,7 МПа.
Теплообменная поверхню ПВД полягає в один корпус і розділяється на зони охолодження пара (з температурою стінки вище температури насичення - зона ВП), конденсації пари, що гріє (КП), охолодження конденсату пари, що гріє (ОК).
Зона ОК включається перед зоною КП по всьому потоку живильної води або із застосуванням байпасірованія частини потоку через перепускний діафрагму.
В даний час набули поширення чотири різні схеми включення зони ВП по нагрівається воді:
- 1) схема включення зони ВП будь-якого підігрівача паралельно по живильній воді всім або частині наступних по ходу води підігрівачів - схема Рикара - Некольного - Дацковского (турбоустановки К-500-166, К-500-240-4);
- 2) схема з кінцевими зоною ОП (схема Виолен - Хюльз), в якій гріючийпар даного підігрівача (часто обігрівається паром з відбору, першого після проміжного перегріву) охолоджується живильною водою після всіх ПВД (турбоустановки К-210-130-6, Т- 180 / 210-130-1, Т-180 / 215-130-2);
- 3) послідовна схема включення по живильній воді всіх зон - ОК, КП і ОП. Ця схема отримала найбільш широке поширення в нашій країні і за кордоном, хоча по тепловій економічності вона поступається попереднім;
- 4) комбінована схема, в якій частина зони ВП охолоджується потоком води, що відбираються за групою ПВД, інша частина отримує воду після зони кг1 цього ПВД (турбоустановки К-800-240-5). Приклади схем включення ПВД дано на рис.
Схеми включення ПВД
а - схема підігрівача з неповним витратою живильної води через зони ВП і ОК; б - одна з двох однакових груп ПВД турбоустановки К-800-240-4 (у першого по ходу живильної води ПВД є додатковий Пароохолоджувач): в - ПВД турбоустановки К-500-240-2
Конструктивно всі ПВД (за винятком підігрівачів для К-500-60 / 1500) представляють собою вертикальний апарат звареної конструкції і з теплообмінної поверхнею, набраної з свити в плоскі спіралі гладких труб зовнішнім діаметром 32 мм і товщиною стінки 4 мм (в разі тиску в трубної системі 37,3 МПа - 32X5 мм), приєднаних до вертикальних роздає (дві або три) і збирає (дві або три) колекторним трубам. З'єднання колекторних труб з подводящим і відводить живильну воду патрубками здійснюється в нижній частині підігрівача за допомогою спеціальних розвилок і трійників.
Для організації руху пара і відведення конденсату між спіральними трубними елементами встановлені горизонтальні перегородки (через 8-12 рядів площин навивки спіралей). Спіральні елементи зон ОП і ОК розташовуються в спеціальних кожухах.
Всі елементи трубної системи виготовлені із сталі 20. Елементи корпусу виконуються з вуглецевої сталі 20К або низьколегованої 0972С (М); деякі елементи входу пари, що гріє при підвищеній його температурі виготовляються зі сталі 12Х1МФ. Конструктивні особливості виконання ПВД видно на рис.
Підігрівач високого тиску ПВ-2500-97-28А:
А, Б - вхід і вихід живильної води; В - вхід пари, що гріє; Г - відведення конденсату
Для підтримки ефективності тепловіддачі з боку пари, що гріє необхідно видаляти з підігрівачів неконденсірующаяся гази. Відведення останніх разом з частиною пара здійснюється, як правило, каскадно. Для цього всі підігрівачі регенеративної системи, включаючи сальникові і мережеві підігрівачі, забезпечені спеціальними патрубками або пристроями для відводу пароповітряної суміші і для її прийому з підігрівача з великим тиском. У турбоустановки одноконтурних АЕС, щоб уникнути накопичення гримучої суміші і запобігання вибухонебезпечних її концентрацій відсмоктування суміші здійснюється з кожного ПНД безпосередньо в конденсатор.