Article

4.4. Типы регенеративных подогревателей и схемы их включения

В конденсаторе давление рабочей среды наименьшее; в парообразующем агрегате — наибольшее. Этот перепад давлений должен быть преодолен насосом (см. рис. 2.1). Установка на этом пути регенеративных подогревателей существенно повышает требуемый напор насоса, так как необходимо преодолеть еще и гидравлические сопротивления всех подогревателей. Если для подачи воды в парообразующий агрегат насос установлен только после конденсатора, то все регенеративные подогреватели находятся под давлением, превышающим давление в парообразующем агрегате. Это удорожает оборудование.

В связи с этим тракт от конденсатора до парообразующего агрегата разделяют на две части: конденсатный и питательный тракты. Между ними обычно устанавливается деаэратор (см. гл. 5). Напор конденсатного насоса (КН), устанавливаемого после конденсатора, равен давлению в деаэраторе, суммируемому с сопротивлением всего тракта, в том числе с сопротивлением всех регенеративных подогревателей, расположенных до деаэратора. В связи с относительно низким давлением для этих подогревателей их называют подогревателями низкого давления (ПНД). После деаэратора (Д) устанавливается питательный насос (ПН), напор которого равен перепаду давления между парообразующим агрегатом и деаэратором, суммируемому с сопротивлением всего тракта, в том числе с сопротивлениями всех регенеративных подогревателей, расположенных после деаэратора. В связи с относительно высоким давлением для этих подогревателей их называют подогревателями высокого давления (ПВД). Обычно число ПНД не более пяти, а число ПВД — не более трех.

Оптимизация регенеративного подогрева рассматривалась в § 4.3 для смешивающих подогревателей, то есть для схемы по рис. 4.3. Эти подогреватели имеют тот недостаток, что давление воды в каждом из них равно давлению отборных паров и потому отличаются. Это означает необходимость применения соответствующего числа насосов для подачи воды в последующие подогреватели или использование гидростатического столба Н для повышения давления, как это показано на рис. 4.6 для ПНД. В связи с этим для ПНД в основном, а для ПВД как единственное решение используют регенеративные подогреватели поверхностного типа. Для них давление воды по тракту не зависит от давления пара в отборах турбины, при этом достаточно одного насоса для прокачки воды через несколько подогревателей.

Поверхностные подогреватели для нагрева воды до той же температуры, что и в смешивающих, требуют отвода от

Рис. 4.6. Регенеративные схемы со смешивающими ПНД:
Рис. 4.6. Регенеративные схемы со смешивающими ПНД:

а — только с перекачивающими насосами; б — с перекачивающими насосами и частичным самотечным движением воды;
1 — деаэратор; 2 — цилиндр низкого давления турбины; 3 — конденсатор; 4 — конденсатный насос; 5 — ПНД смешивающего типа; 6 — перекачивающий насос

турбины пара более высокой температуры для создания температурного напора в подогревателе. В связи с этим несколько увеличивается недовыработка электроэнергии турбиной и снижается тепловая экономичность станции. Выбор температурного напора — важная задача, решаемая комплексно, так как чем больше напор в подогревателе, тем больше недовыработка электроэнергии, но тем меньше требуемая поверхность теплообмена и соответственно ее стоимость. Если теплообменная поверхность выполнена из более дорогих конструкционных материалов, то оптимальный температурный напор несколько больше (см. § 4.5). Для оптимизации регенеративной системы с поверхностными подогревателями с достаточной точностью могут быть использованы соотношения, полученные для смешивающих подогревателей в § 4.2 и 4.3.

Рис. 4.7. Регенеративные схемы с поверхностными ПНД:
Рис. 4.7. Регенеративные схемы с поверхностными ПНД:

1 — деаэратор; 2 — ЦНД турбины; 3 — конденсатор; 4 — конденсатный насос; 5 — ПНД поверхностного типа; 6 — дренажный насос

Схемы с поверхностными подогревателями показаны, например для ПНД, на рис. 4.7. Греющие пары поступают в корпусы подогревателей; за счет нагрева воды, протекающей внутри трубок, происходит конденсация этих паров; образующийся конденсат собирается в нижней части корпусов. Этот конденсат, иногда называемый дренажом подогревателей, дренажными насосами (рис. 4.7a) закачивается в линию основного конденсата и смешивается с потоком нагреваемого конденсата. Из рис. 4.7б видно, что можно сократить число дренажных насосов за счет использования каскадного слива дренажей из корпусов подогревателей, находящихся под большим давлением, в корпусы с меньшим давлением и закачкой суммарного дренажа в тракт конденсата одним насосом. На случай аварийного выхода из строя дренажного насоса предусматривается возможность его байпасирования и каскадного слива дренажей

в конденсатор. В этом случае вообще отпадает необходимость в дренажном насосе. Однако в нормальной эксплуатации полный каскадный слив в конденсатор применять не следует, так как при этом теплота суммарных дренажей, отвечающая температуре после первого ПНД, не возвращается в цикл, а увеличивает отвод теплоты в конденсаторе, то есть снижается тепловая экономичность.

В связи с различием в давлениях трактов ПНД и ПВД схемы возврата в цикл дренажей греющих паров отличаются. Для ПНД используют комбинации каскадного слива с дренажными насосами, а для ПВД только каскадный слив — в деаэратор. Последнее объясняется трудностями создания дренажных насосов относительно небольшой производительности для среды с высокой температурой. В условиях низких температуры и давления, то есть для ПНД, создание дренажных насосов и обеспечение их надежной работы затруднений не вызывает. Схема закачки дренажей ПНД по рис. 4.7a наиболее экономична и близка к схемам со смешивающими подогревателями, но требует нескольких насосов.

При каскадном сливе дренажей конденсат греющего пара с более высоким давлением сливается в корпус с меньшим давлением. В связи с этим происходит частичное парообразование этого конденсата и соответствующее уменьшение расхода отборного пара из турбины, что снижает экономичность регенеративного цикла. Для предотвращения этого явления в конструкциях регенеративных подогревателей предусматривают охладители дренажей, либо в дополнение к регенеративным подогревателям применяют установку вынесенных охладителей дренажей (ОД). Так как при этом вся схема усложняется и удорожается, то иногда их используют не после каждого ПНД.

Вопросы организации слива дренажей имеют большое значение, так как в современных паротурбинных установках на регенеративные подогреватели поступает 20 — 40% полного расхода пара на турбину, а иногда и более.

Независимо от способа слива дренажа из подогревателя должен быть обеспечен отвод только конденсата. Проскок вместе с конденсатом некоторой части пара снижает тепловую экономичность установки, так как это равносильно увеличению недовыработки электроэнергии в турбине. Для предотвращения проскока пара у подогревателей устанавливают специальные регулирующие клапаны, которые имеют привод от датчика уровня конденсата в корпусе подогревателя и предотвращают его чрезмерное понижение.

Конденсация греющего пара в подогревателе способствует выделению в его корпусе над уровнем конденсата неконденсирующихся газов. Для вакуумных ПНД дополнительным источником этих газов является подсос воздуха. Для

одноконтурных АЭС в паровом объеме регенеративных подогревателей могут скапливаться и благородные газы, образующиеся в реакторе и поступающие в пар. В связи с этим обязательна вентиляция паровых объемов регенеративных подогревателей (это относится и к смешивающим подогревателям). Вместе с удаляемыми газами может уходить и некоторое количество пара. Для уменьшения потерь пара отсос ограничивается, а место отсоса выбирается в нижней части парового объема корпуса.

Парогазовая смесь из всех подогревателей сбрасывается каскадно в конденсатор, откуда удаляется (см. § 8.2). Вынос с парогазовой смесью также и конденсата греющего пара исключается, так как в подогревателях предусмотрены устройства, предотвращающие повышение уровня в нем. Это необходимо также потому, что повышение уровня уменьшает теплообменную поверхность для конденсации греющего пара и снижает подогрев воды. Кроме того, при значительном повышении уровня могла бы возникнуть опасность заброса конденсата в ступени турбины. Поэтому на линиях греющего пара устанавливаются обратные клапаны.