Материал: Слободчук В.И., Лескин С.Т., Шелегов А.С., Кашин Д.Ю. Основные системы энергоблока с реактором РБМК-1000
9. Конденсационная установка
Как известно, на АЭС реализуется цикл Ренкина, предполагающий конденсацию всего отработавшего в турбине пара. Одним из способов повышения термодинамического КПД цикла является снижение конечной температуры рабочего тела, т.е. температуры отвода тепла к «холодному» источнику. Для замыкания рабочего цикла, т.е. для конденсации пара после турбины используется конденсатор. Конденсатор и обслуживающие его устройства называются конденсационной установкой. Основными задачами конденсационной установки являются установление и поддержание вакуума на выхлопе турбины, полная конденсация отработавшего пара и возврат чистого конденсата в цикл. Кроме того, конденсатор выполняет ряд дополнительных функций, а именно:
создание определенного запаса конденсата для устойчивой работы конденсатного насоса;
сбор и утилизацию низкопотенциальных потоков пара и воды из тепловой схемы турбоустановки;
деаэрацию, т.е. удаление растворенных газов (СО2 и О2) из конденсата;
прием пара из паросбросных устройств турбины при пусках, остановах и сбросах нагрузки.
Принципиальная схема конденсационной установки представлена на рис. 9.1.
Охлаждение отработавшего в цикле паротурбинной установки пара, как правило, осуществляется водой. Вода может соприкасаться с паром непосредственно или же через теплопроводную стенку. По этому признаку все существующие конденсаторы можно разделить на две основные группы:
1.Смешивающие конденсаторы.
2.Поверхностные конденсаторы.
Всмешивающих конденсаторах отработавший пар приходит в непосредственное соприкосновение с охлаждающей водой.
Вповерхностных конденсаторах пар всегда омывает трубки снаружи, а вода – изнутри. Поверхность охлаждающих трубок делит конденсатор на две части: паровое пространство и водяное пространство. На АЭС применяются поверхностные конденсаторы.
36
Рис. 9.1. Принципиальная схема конденсационной установки:
1 – конденсатор, 2 – отсос неконденсирующихся газов из конденсатора, 3 – эжектор основной, 4 – рабочий пар на эжектор, 5 – конденсатный насос, 6 – циркуляционный насос охлаждающей воды
Поступающий в конденсатор пар при соприкосновении с холодной поверхностью (охлаждаемой циркуляционной водой) будет конденсироваться. Если поверхность трубного пучка достаточно велика и охлаждающая вода поступает непрерывно в достаточном количестве, то будет происходить полная конденсация поступающего пара. Для непрерывной конденсации пара необходимо непрерывное удаление образующегося конденсата, что осуществляется конденсатными насосами.
В конденсатор поступает не только влажный пар из последних ступеней турбины, но и воздух через неплотности в соединениях корпуса конденсатора с выхлопным патрубком турбины, а также через линии отборного пара и конденсата, находящиеся под разрежением. Для одноконтурных станций необходимо иметь в виду поступление с паром определенного количества продуктов радиолиза, а также радиоактивных благородных газов, проникающих в теплоноситель через неплотности в оболочках твэлов.
Поступление в конденсатор неконденсирующихся газов приводит к увеличению давления в конденсаторе и ухудшению вакуума, уменьшению коэффициента теплоотдачи при конденсации пара, а
37
также к интенсификации коррозионных процессов. Удаление неконденсирующихся газов из конденсатора осуществляется пароструйными эжекторами.
Эжекторы вместе с неконденсирующимся газом забирают и часть пара из конденсатора, что может привести к потере конденсата. Для уменьшения захвата пара вместе с неконденсирующимся газом место отсоса газов следует выбирать в области завершения конденсации пара в конденсаторе. Выбор этого места зависит от направления потока пара в конденсаторе. Различают конденсаторы с нисходящим, центральным, боковым и восходящим потоками пара. На рис. 9.2 также указано место наиболее оптимального отсоса неконденсирующихся газов.
Рис. 9.2. Основные схемы поверхностных конденсаторов: а)– с нисходящим потоком; б) с центральным потоком; в) с боковым потоком; г)с восходящим потоком
38
Конденсаторы мощных турбин имеют очень большие размеры. Корпус конденсатора имеет прямоугольную форму. Расположение конденсатора может быть подвальным (конденсатор располагается под турбиной) или боковым (конденсаторы располагаются сбоку турбины).
Кроме работы конденсаторов в режиме приема пара из турбины предусматривается сброс пара в конденсатор в обход турбины через быстродействующую редукционную установку (БРУ-К). Сброс пара после БРУ-К осуществляется в паровое пространство переходного патрубка (от турбины к конденсатору). Перед этим патрубком пар после БРУ-К увлажняется за счет впрыска конденсата и проходит через систему дросселей. В них давление пара срабатывается до вакуума в конденсаторе. Система увлажнения и дросселирования располагается вне переходного патрубка, но поставляется вместе с конденсатором. Схема конденсатора представлена на рис. 9.3. Схема паросбросного устройства (ПСУ) представлена на рис. 9.4.
Рис. 9.3. Схема конденсатора
39
Рис. 9.4. Схема паросбросного устройства (ПСУ)
Принцип работы пароструйного эжектора. Схема односту-
пенчатого эжектора представлена на рис. 9.5. Пароструйный эжектор – это струйный насос, в котором рабочим телом является пар с давлением 0,4–0,7 МПа. В комбинированном сопле рабочий пар расширяется до сверхзвуковой скорости – на выходе из сопла скорость пара более 1000 м/с. Одновременно понижается давление рабочего пара. Обычно на выходе из сопла создается давление на 1–2 мм. рт. ст. ниже, чем в паровом пространстве конденсатора.
Вкамере смешения струя пара, выходящая из сопла со сверхзвуковой скоростью, подсасывает (эжектирует) паровоздушную смесь и перемешивается с ней. В результате образуется смесь рабочего пара и паровоздушной смеси.
Вдиффузоре (расширяющийся канал) давление смеси пара и воздуха поднимается до состояния несколько выше атмосферного.
Для сокращения потерь пара и теплоты (с выбрасываемым в атмосферу паром) пароструйный эжектор может снабжаться специальным теплообменником – холодильником эжектора. В холодильнике паровоздушная смесь соприкасается с холодной поверхностью трубного пучка; пар конденсируется и в виде дренажа (воды) возвращается в схему станции; воздух (неконденсирующиеся газы) выбрасывается в атмосферу.
Одноступенчатый паровой эжектор является очень простым устройством, но его КПД мал, так как в одном диффузоре необходимо повысить давление смеси, поступающей из конденсатора, от 0,003–0,005 МПа (0,03–0,05 кгс/см2) до давления несколько выше атмосферного (см. рис. 9.5). Поэтому для создания в конденсаторе глубокого вакуума применяются многоступенчатые паровые эжекторы – с двумя или тремя ступенями сжатия (рис. 9.6, 9.7).
40