Дипломная работа: Энергоблок для Ленинградской атомной электростанции

2. Расчет тепловой схемы турбоустановки К-1200-6.8/50

2.1 Характеристика основного оборудования АЭС

АЭС компонуется двумя моноблоками мощностью по 1200 МВт(э) и предназначена для выработки электроэнергии в базовом режиме. Оборудование и системы АЭС допускают возможность работы в маневренных режимах регулирования мощности. Регулировочный диапазон нагрузок лежит в диапазоне от 20 до 100 % Nном. КИУМ при работе энергоблока в базовом режиме не менее 90 %. Эффективное число использования при работе реактора на номинальной мощности составляет 8100 эфф. часов/год.

Расчетный срок службы основного оборудования АЭС 60 лет.

Перегрузка топлива производится один раз в год. В нормальном году эксплуатации средняя продолжительность остановки на перегрузку составляет 16 дней.

Энергоблок состоит из реакторной установки с водоводяным энергетическим реактором с водой под давлением и турбоустановки. Тепловая схема - двухконтурная.

Первый контур - радиоактивный и состоит из гетерогенного реактора на тепловых нейтронах, четырех главных циркуляционных петель, парового компенсатора давления, вспомогательного оборудования. В состав каждой циркуляционной петли входят: парогенератор, главный циркуляционный насосный агрегат, главный циркуляционный трубопровод Ду 850.

Топливом является слабообогащенная двуокись урана. Нагреваемый при прохождении через активную зону реактора теплоноситель первого контура поступает в парогенераторы, где отдает свое тепло через стенки трубной системы воде второго контура.

Второй контур - не радиоактивный, состоит из паропроизводительной части парогенераторов, главных паропроводов, одного турбоагрегата, их вспомогательного оборудования и обслуживающих систем, оборудования деаэрации, подогрева и подачи питательной воды в парогенераторы.

Турбоустановка включает в себя паровую турбину и генератор, монтируемый на общем фундаменте с турбиной. Турбина снабжена конденсационным устройством, регенеративной установкой для подогрева питательной воды, сепараторами пароперегревателями, имеет нерегулируемые отборы пара на подогреватели системы регенерации, на собственные нужды станции и на подогрев добавки химически очищенной воды в цикл.

2.2 Турбоустановка К-1200-6.8/50

В машинном зале устанавливается турбоустановка К-1200-6.8/50 производства ПОТ "Ленинградский металлический завод» (ПОТ ЛМЗ) с промежуточной сепарацией и промежуточным перегревом пара, с рабочей частотой вращения 3000 об/мин предназначена для непосредственного привода генератора переменного тока. Эта турбина рассчитана для работы в моноблоке с реактором ВВЭР 1200.

Таблица 2.1 Конструктивные характеристики турбоустановки К-1200-6.8/50

Таблица 2.2 Основные расчетные характеристики турбоустановки

Турбина К-1200-6,8/50 с возможностью отпуска пара на бойлера теплосети из нерегулируемых отборов для работы на влажном паре с параметрами: давление пара перед турбиной 6,8 МПа, температура 283,8 °С, с числом оборотов 3000 об/мин, предназначена для непосредственного привода генератора переменного тока ТЗВ-1200-2УЗ производства филиала ОАО «Силовые Машины» «Электросила», монтируемого на общем фундаменте с турбиной. Генератор должен иметь полное водяное охлаждение и допускать без ограничения во времени работу с максимальной мощностью 1200 МВт. В данной турбине реализуются конструктивные решения, основанные на опыте создания и изготовления турбины К1000-60/3000.

Турбина представляет собой одновальный пятицилиндровый агрегат, состоящий из симметричного двухпоточного ЦВД и четырех симметричных двухпоточных ЦНД, конструктивная схема «бабочка» 2ЦНД+ЦВД+2ЦНД. Общая длина турбины без генератора около 53 м.

Парораспределение - дроссельное. Пар из парогенераторов поступает к четырем блокам клапанов. Каждый блок клапанов высокого давления состоит из одного стопорного клапана поворотного типа и одного регулирующего клапана. Пройдя стопорные и регулирующие клапаны, пар по четырем паропроводам поступает в ЦВД турбины.

Конструкция ЦВД - новая, рассчитанная на больший пропуск пара, чем в ЦВД турбины К-1000-60/3000 и повышенное давление пара на входе в цилиндр и выходе из него. Учитывая, повышение величины давления свежего пара перед турбиной (6,8 МПа вместо 5,9 МПа в блоках с ВВЭР-1000), и в целях увеличения КПД, ЦВД выполняется числом ступеней - шесть (вместо пяти в ЦВД турбины К-1000-60/3000). Число потоков ЦВД - два.

Двухпоточный ЦНД имеет сварную конструкцию наружного и внутреннего корпусов. Наружный корпус ЦНД состоит из трех частей: два выходных патрубка соединяются вертикальными фланцами со средней частью.

Проточная часть ЦНД состоит из пяти ступеней в каждом потоке. Рабочие лопатки последних ступеней имеют длину 1200 мм и изготовляются из титанового сплава ВТ-6.

Все роторы имеют жесткие соединительные муфты, и каждый из них лежит на двух опорах, при этом все роторы имеют выносные подшипники, которые опираются непосредственно на фундамент. Опорно-упорный подшипник расположен в передней части ротора цилиндра высокого давления. Все вкладыши снабжены устройством гидростатического подъема роторов при вращении их ВПУ, что предотвращает износ баббита, сохраняет шейки роторов и снижает пусковой момент на электродвигателе ВПУ.

Ротор ЦВД цельнокованый, без центрального канала. На роторе размещено двенадцать ступеней, по шесть в каждом потоке.

Ротор НД цельнокованый, без центрального канала. Крепление рабочих лопаток первых двух ступеней - на Т-образных хвостовых соединениях; рабочие лопатки третьей, четвертой и пятой ступеней крепятся на торцевых ёлочных хвостовиках.

Конденсаторы турбины

Турбина имеет четыре корпуса конденсатора (по числу ЦНД). Они выполнены подвальными, поперечными по отношению к оси турбины, двухпоточными по охлаждающей воде. Конденсаторы секционированы по давлению, что обеспечивает повышение тепловой экономичности турбоустановки при температуре охлаждающей воды более 15°С.

Материал трубок конденсатора - титан или нержавеющая сталь, в зависимости от качества охлаждающей воды. Трубки развальцовываются в трубных досках и обвариваются. Такое решение обеспечивает высокую гидравлическую плотность конденсаторов, полностью исключает или ограничивает присосы охлаждающей воды до величины не более 4x10^-5 % от расхода пара в конденсатор.

Система подачи охлаждающей воды в конденсатор - прямоточная, одноступенчатая. Конденсационная установка снабжена системой шарикоочистки.

Система регулирования выполняется электрогидравлической и состоит из электрической и гидравлической частей.

Электрическая часть системы регулирования (ЭЧСР) выполняется на современной микропроцессорной технике современного поколения, применяемой для всей АЭС.

Система защиты турбины обеспечивает закрытие всех паровпускных органов турбины с целью предотвращения аварийной ситуации.

Основная система охлаждающей воды

Основная система охлаждающей воды предназначена для подачи охлаждающей воды и отвода тепла к градирням от конденсаторов турбин во всех режимах нормальной эксплуатации.

Система оборотная с использованием в качестве охладителей башенных испарительных градирен.

Схема основной системы охлаждающей воды принята одноподъёмной и представляется в следующем виде. Охлаждённая вода из бассейнов градирен (по две градирни на каждый энергоблок) поступает по закрытым отводящим каналам в насосные станции потребителей здания турбины и насосами по подводящим водоводам подается на конденсаторы турбин. Нагретая в конденсаторах вода по отводящим водоводам подаётся на градирни для охлаждения (по двум водоводам на каждую градирню).

2.3 Построение процесса расширения пара турбины в hs-диаграмме

При расчете использована программа теплофизических свойств воды и водяного пара WaterSteamPro.6.0. Состояние перед стопорными клапанами:

Ро = 70 бар ,t = 285,83 С ,х = 0,995, hо = 2765,04 кДж/кг .

Процесс в части высокого давления

Состояние перед соплами 1 ступени ЦВД при дросселировании в размере 3%

Ро = 0,97^.Ро = 0,97^.70 = 68 бар.

Давление за последней ступенью ЦВД Рр=5,76 бар, при этом имеем

h = 2340,38 кДж/кг (хка = 0,802).

Рассчитаем КПД ЦВД

,

Где ,

,

hо-h=2765,04 - 2340,38 = 424,66 кДж/кг,

2,5/.

Т. к. процесс происходит во влажном паре, необходимо ввести поправку на влажность

К_вл = = , значит

_,

Тогда состояние в конце действительного процесса расширения

h = hо - (hо-h) = 2765,04 - (2765,04 - 2340,38) 0,8115 = 2420,43 кДж/кг,

х_д = 0,8403 (влажность 16 %).

Состояние за сепаратором (С)

Потери давления при перепуске пара в сепаратор примем 3%

Р_с = 0,982·Рр=0,982·5,76=5,66 бар; х = 0,99.

Тогда энтальпия пара на выходе из сепаратора hc = 2732,67 кДж/кг, а энтальпия сливаемого сепарата =660,68 кДж/кг.

Состояние за первой ступенью пароперегревателя (ППI)

Потери давления при перепуске пара в пароперегреватель примем 2%

Р_пп = 0,984·Рс=0,984·5,66=5,57 бар,

Пароперегреватель будем обогревать паром из первого отбора.

Примем tпп =206С. Энтальпия пара на выходе из ППI hППI= 2865,92 кДж/кг.

Состояние за второй ступенью пароперегревателя (ППII)

Потери давления при перепуске пара в пароперегреватель примем 2%

Р_пп = 0,984·Рс=0,984·5,57=5,48 бар,

Пароперегреватель будем обогревать острым паром с температурой 283 °С. Примем tпп =260 С. Энтальпия пара на выходе из ППII hППII= 2980,33 кДж/кг.

Процесс в части низкого давления

Принимаем дросселирование в клапанах ЧНД 1%.

Давление перед соплами 1 ступени

Р₂ = 0,989^.РппII= 0,989^.5,48 = 5,42 бар.

При давлении за последней ступенью ЧНД 4,9 кПа имеем

h = 2215,09 кДж/кг (хка = 0,8577)

Рассчитаем КПД ЦНД

,

,

.

Т. к. в рассматриваемой группе ступеней процесс расширения начинается в области перегретого пара, а заканчивается в области влажного пара, то ниже линии насыщения КПД следует определять с учетом влажности.

По h-s диаграмме находим, что давление перехода из области перегретого пара в область влажного пара 0,8721 бар (h”=2669 кДж/кг).