Горизонтальный парогенератор



Горизонтальный парогенератор
Горизонтальный парогенератор
Горизонтальный парогенератор
Горизонтальный парогенератор
Горизонтальный парогенератор
Горизонтальный парогенератор

 


Владельцы патента RU 2546934:

Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") (RU)

Изобретение относится к энергетике, в частности к парогенераторам, которые могут быть использованы в ядерных энергетических установках.

Сущность изобретения заключается в том, что в парогенераторе на каждом днище корпуса выполнены коллекторные камеры подвода и отвода греющего теплоносителя, причем часть труб теплообменной поверхности подключена к коллекторным камерам подвода и отвода греющего теплоносителя, расположенным на одном днище, а другая часть - соответственно на втором днище, образуя секции, кроме того по высоте теплообменные трубы размещены слоями с чередованием по секциям так, что слои «горячих» или «холодных» ветвей одной секции размещены между слоями «холодных» или «горячих» ветвей другой секции. Выполнение парогенератора предложенным образом позволяет выравнять нагрузку зеркала испарения, что обеспечивает получение требуемых параметров по влажности вырабатываемого пара, повысить надежность и тепловую эффективность работы парогенератора. 6 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к энергетике, в частности к парогенераторам, которые могут быть использованы в ядерных энергетических установках.

Предлагаемый парогенератор предназначен для генерации сухого насыщенного пара за счет отвода тепла от теплоносителя первого контура и представляет собой горизонтальный, с погружной теплообменной поверхностью и естественной циркуляцией нагреваемой среды теплообменный аппарат.

Во многих странах мира, например в США, Франции, Германии, для ядерных энергетических установок АЭС разрабатываются горизонтальные парогенераторы, состоящие из горизонтального цилиндрического корпуса, в котором размещена теплообменная поверхность, выполненная из горизонтально расположенных труб, например U-образных, барабана для сбора пара, коллекторов подвода и отвода греющего теплоносителя, патрубков подвода нагреваемой среды (см., например, патент № ЕР 2278220, кл. МПК F22B 1/00, опубл. 26.01.2011).

Недостатками являются:

- наличие парового барабана, что увеличивает габариты парогенератора и снижает прочность и надежность конструкции из-за дополнительных мест заделки подъемных и опускных труб;

- расположение всех «горячих» ветвей труб теплообменной поверхности в одной половине корпуса испарителя, а всех «холодных» - в другой, что ухудшает теплофизические характеристики парогенератора, в частности приводит к неравномерности нагрузки зеркала испарения, также в корпусе испарителя возникают дополнительные термические напряжения. Известны горизонтальные парогенераторы типа ПГВ-440 и ПГВ-1000, применяемые в настоящее время на отечественных АЭС с ВВЭР. Парогенераторы выполнены в виде цилиндрического корпуса, в котором размещены горизонтальными рядами теплообменные U-образные трубы, подключенные к трубным доскам вертикальных коллекторных камер (см., например, а.с. SU №995557, кл. МПК F22B 1/00, опубл. 23.07.87, статья Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г. Совершенствование конструкции ПГ АЭС с ВВЭР. The International Nuclear Forum "Nuclear Energy - Challenges and Prospects", Warna, Bulgaria, June 2003, статья Лукасевич Б.И., Давиденко С.Е., Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных установок. М., Наука, 2004, статья Трунов Н.Б., Лукасевич Б.И., В.В. Сотсков, А.С. Харченко. Прошлое и будущее горизонтальных парогенераторов, ФГУП «Гидропресс», г. Подольск).

Недостатками являются:

- расположение всех «горячих» ветвей горизонтальных U-образных теплообменных труб в одной половине корпуса парогенератора, а всех «холодных» - в другой. Основная часть пара вырабатывается в «горячей» половине парогенератора, что ухудшает теплофизические характеристики парогенератора, в частности приводит к большой неравномерности нагрузки зеркала испарения;

- поперечное сечение трубного пучка парогенератора - близкое по форме к половине круга, вследствие чего производство пара по ширине парогенератора неодинаковое, что также приводит к неравномерности нагрузки зеркала испарения;

- вертикальные коллектора первого контура парогенератора, проходящие через уровень котловой воды, что приводит к термоциклированию коллекторов при колебаниях уровня, и образованию на их поверхностях зон досыхания, в которых накапливаются коррозионно-активные примеси. Эти факторы могут привести к повреждению коллекторов на границе водораздела, то есть понижению надежности парогенератора.

Следует отметить, что для парогенераторов типа ПГВ-440 и ПГВ-1000, вырабатывающих насыщенный пар высоких параметров (температуру, давление) большая неравномерность нагрузки зеркала испарения представляла определенные технические трудности в получении пара заданной влажности, даже не смотря на небольшую скорость пара с зеркала испарения, обусловленной малым удельным объемом пара и большой площадью зеркала испарения.

Для получения пара заданной влажности был проведен большой комплекс опытно-конструкторских работ по снижению неравномерности нагрузки зеркала испарения, основными из которых были:

- оптимизация конструкции погружного дырчатого листа;

- оптимизация раздачи питательной воды по объему парогенератора.

Парогенератор, описанный в вышеуказанных статьях, является наиболее близким к предлагаемому техническому решению, его выбираем за прототип.

Технической задачей является создание парогенератора, позволяющего обеспечить требуемые параметры по влажности вырабатываемого пара за счет выравнивания нагрузки зеркала испарения.

Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность и тепловую эффективность работы парогенератора, улучшить его теплофизические характеристики.

Применение данного технического решения наиболее актуально в парогенераторах, вырабатывающих насыщенный пар низких параметров (температура, давление). Эти парогенераторы обладают большой скоростью пара с зеркала испарения ввиду большого удельного объема пара, что при наличии неравномерности нагрузки зеркала испарения, как в прототипе, усложняет проблему обеспечения требуемой влажности пара. Для получения пара заданной влажности необходимо оптимизировать условия работы сепарационных устройств, что и достигается выравниванием нагрузки зеркала испарения.

Решается поставленная задача тем, что в парогенераторе, состоящем из расположенного горизонтально цилиндрического корпуса с двумя днищами, коллекторных камер с патрубками подвода и отвода греющего теплоносителя, патрубка подвода нагреваемой среды и патрубков отвода пара, теплообменной поверхности, выполненной из горизонтальных U-образных теплообменных труб, имеющих «горячую» и «холодную» ветви, сепарационного устройства, на каждом днище корпуса выполнены коллекторные камеры подвода и отвода греющего теплоносителя, причем часть труб теплообменной поверхности подключена к коллекторным камерам подвода и отвода греющего теплоносителя, расположенным на одном днище, а другая часть - соответственно на втором днище, образуя секции, кроме того, по высоте теплообменные трубы размещены слоями с чередованием по секциям так, что слои «горячих» или «холодных» ветвей одной секции размещены между слоями «холодных» или «горячих» ветвей другой секции.

Кроме того:

- коллекторные камеры подвода и отвода греющего теплоносителя выполнены квадратной формы;

- патрубки подвода или отвода греющего теплоносителя расположены на противоположных относительно вертикальной диаметральной плоскости парогенератора коллекторных камерах;

- дистанционирующие устройства для теплообменных труб выполнены в виде планок с пазами и отверстиями, обеспечивающими циркуляцию нагреваемой среды;

- сепарационное устройство выполнено в виде верхнего и нижнего перфорированного листа, причем нижний лист снабжен безбарботажными съемными насадками;

- патрубки подвода и отвода греющего теплоносителя выполнены в виде тройника.

Расположение теплообменных труб слоями по высоте - слой «горячих» труб, затем слой «холодных» труб, выполнение трубных пучков в поперечном сечении в виде квадрата обеспечивают равномерную нагрузку зеркала испарения парогенератора, что улучшает теплофизические характеристики парогенератора, работу сепарационных устройств и упрощает задачу измерения уровня нагреваемой воды.

Применение сепарационных устройств в виде погружного листа со съемными безбарботажными насадками и потолочным перфорированным листом позволяет увеличить нагрузку зеркала испарения по сравнению с жалюзийными сепарационными устройствами, что при заданных низких параметрах пара (температура, давление) необходимо для получения заданной влажности пара.

Применение съемных безбарботажных насадок на погружном листе позволяет производить диагностику состояния верхних слоев теплообменных труб.

Применение в качестве дистанционирующих устройств теплообменных труб планок с пазами под теплообменные трубы, которые по высоте устанавливаются друг на друга, позволяет исключить действие веса верхних труб на нижележащие и тем самым минимизировать степень истирания труб в планках с пазами в процессе их температурного перемещения.

Поверхности трубных досок коллекторных камер, имеющие вертикальное положение, позволяют исключить накопление на них шламовых отложений, так как происходит процесс естественного ″сваливания″ шлама и интенсивное смывание восходящими потоками воды и пароводяной смеси.

Исключение фактора накопления шламовых отложений на поверхностях трубных досок уменьшает вероятность фактора коррозионного повреждения теплообменных труб.

Теплообменная поверхность и коллекторные камеры, полностью погруженные под уровень нагреваемой воды, позволяют исключить возможное термоциклирование и образование зоны досыхания, в которой накапливаются агрессивные примеси на границе водораздела.

Применение горизонтальных U-образных теплообменных труб обеспечивает возможность использования парогенератора в системе пассивного отвода тепла СПОТ от реактора в аварийных режимах LOCA (связанных с разгерметизацией по первому контуру). Так как при горизонтальных теплообменных трубах смеси газов первого контура, поступающие в парогенератор из активной зоны реактора, скапливаются в верхних теплообменных трубах (и могут удаляться из верхних точек входных и выходных коллекторных камер), а необходимый теплообмен реализуется циркуляцией теплоносителя первого контура по тракту «реактор-парогенератор» через нижележащие теплообменные трубы.

Суть технического решения поясняется чертежами, где:

на фиг.1, 2 показан продольный разрез парогенератора;

на фиг.3 показан поперечный разрез парогенератора;

на фиг.4, 5 показана схема циркуляции греющего теплоносителя в парогенераторе;

на фиг.6 показано дистанционирование теплообменных труб парогенератора.

Парогенератор представляет собой горизонтальный цилиндрический корпус 1 с двумя днищами 2 и 3. В корпусе 1 установлена теплообменная поверхность 4 и встроенное сепарационное устройство 5. В верхней части корпуса 1 выполнены патрубки 6, предназначенные для отвода пара, например, семь патрубков, а в нижней части патрубок 7, предназначенный для подвода нагреваемой среды (воды второго контура) и расположенный ниже уровня нижних теплообменных труб, патрубки продувки и дренажа 8, патрубки смыва шлама 9. Сепарационное устройство 5 состоит из верхнего потолочного перфорированного листа 10, нижнего погружного перфорированного листа 11, на котором установлены съемные безбарботажные насадки 12. Теплообменная поверхность 4 состоит из горизонтальных теплообменных труб U-образной формы 13, сгруппированных в две секции. Часть труб одной секции подключена к коллекторной камере подвода 14 и отвода 15 греющего теплоносителя (первого контура), расположенных на днище 2, образуя первую секцию. Другая часть труб подключена к коллекторной камере подвода 16 и отвода 17 греющего теплоносителя, расположенных на днище 3, образуя вторую секцию. Коллекторные камеры подвода 14, 16 и отвода 15, 17 имеют квадратную форму и состоят из квадратных трубных досок 18, приваренных через конический переход к патрубкам 19, выполненным в виде тройника. Теплообменные трубы 13, образующие трубный пучок, закреплены в трубных досках 18 по прямоугольной сетке разбивки.

Ветви каждой теплообменной трубы U-образной формы 13 - «горячая», по которой подводится греющий теплоноситель, и «холодная», по которой отводится греющий теплоноситель, расположены в одной горизонтальной плоскости. По высоте корпуса 1 теплообменные трубы U-образной формы 13 расположены слоями друг над другом с чередованием горячих и холодных в следующей последовательности: слой теплообменных труб первой секции, затем слой теплообменных труб второй секции. Дистанционирующие устройства 20 теплообменных труб 13 выполнены из планок с пазами под трубы и отверстиями для циркуляции нагреваемой среды. Планки установлены друг на друга по высоте и закреплены на опорных конструкциях корпуса 1 (на чертежах не показано).

Парогенератор работает следующим образом. Греющий теплоноситель первого контура (вода) движется внутри теплообменных труб 13, нагреваемая среда второго контура (вода-пар) - в межтрубном пространстве. Теплоноситель первого контура из реактора поступает через патрубки 19 во входные коллекторные камеры 14 и 16 (первой и второй секции) парогенератора. Далее теплоноситель проходит по горизонтальным теплообменным U-образным трубам 13, отдавая тепло нагреваемой среде второго контура, поступает в выходные коллекторные камеры 15 и 17 (первой и второй секции) и направляется обратно насосом в реактор.

Нагреваемая среда через патрубок 7 поступает в нижнюю часть корпуса 1 парогенератора, смешиваясь с отсепарированной водой, поступает в межтрубное пространство теплообменной поверхности 4. В межтрубном пространстве среда подогревается, кипит, образуя пароводяную смесь, которая поднимается вверх. Пароводяная смесь на выходе из межтрубного пространства теплообменной поверхности 4 сепарируется на погружном перфорированном листе 11, пар проходит через безбарботажные насадки 12 и попадает в паровую полость корпуса 1, а вода разворачивается, смешивается с нагреваемой средой и отсепарированной водой и опускается вниз, образуя контур многократной естественной циркуляции. Пар через потолочный перфорированный лист 10 и паровые патрубки 6 отводится к потребителю.

Теплообменная поверхность 4 приподнята на определенную высоту относительно нижней части корпуса 1, что исключает повышенную концентрацию шлама в зоне теплообменных труб 13. Так как при развороте нагреваемой воды на вход в теплообменную поверхность 4 в месте разворота основная масса шлама отбрасывается вниз и накапливается в нижней части корпуса 1 вне пределов теплообменной поверхности 4. В процессе эксплуатации парогенератора шлам, накапливаемый в нижней части корпуса 1, удаляется через продувочные патрубки 8 за пределы корпуса.

Система продувки и смывки шлама через патрубки 9 обеспечивает эффективное удаление шлама из зоны его накопления.

Выполнение парогенератора предложенным образом позволяет выравнять нагрузку зеркала испарения, что обеспечивает получение требуемых параметров по влажности вырабатываемого пара, повысить надежность и тепловую эффективность работы парогенератора, улучшить его теплофизические характеристики.

Применение горизонтальных U-образных теплообменных труб в предложенной конструкции парогенератора также обеспечивает надежную естественную циркуляцию греющего теплоносителя по первому контуру даже при снижении его массового уровня ниже верхних рядов труб теплообменной поверхности, что создает благоприятные условия для обеспечения естественной циркуляции теплоносителя в аварийных режимах, связанных с разгерметизацией по первому контуру.

1. Горизонтальный парогенератор, состоящий из расположенного горизонтально цилиндрического корпуса с двумя днищами, коллекторных камер с патрубками подвода и отвода греющего теплоносителя, патрубка подвода нагреваемой среды и патрубков отвода пара, теплообменной поверхности, выполненной из горизонтальных U-образных теплообменных труб, имеющих «горячую» и «холодную» ветви, сепарационного устройства, отличающийся тем, что на каждом днище корпуса выполнены коллекторные камеры подвода и отвода греющего теплоносителя, причем часть труб теплообменной поверхности подключена к коллекторным камерам подвода и отвода греющего теплоносителя, расположенным на одном днище, а другая часть - соответственно на втором днище, образуя секции, кроме того, по высоте теплообменные трубы размещены слоями с чередованием по секциям так, что слои «горячих» или «холодных» ветвей одной секции размещены между слоями «холодных» или «горячих» ветвей другой секции.

2. Горизонтальный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что коллекторные камеры подвода и отвода греющего теплоносителя выполнены квадратной формы.

3. Горизонтальный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что патрубки подвода или отвода греющего теплоносителя расположены на противоположных относительно вертикальной диаметральной плоскости парогенератора коллекторных камерах.

4. Горизонтальный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что дистанционирующие устройства для теплообменных труб выполнены в виде планок с пазами и отверстиями, обеспечивающими циркуляцию нагреваемой среды.

5. Горизонтальный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что сепарационное устройство выполнено в виде верхнего и нижнего перфорированного листа, причем нижний лист снабжен безбарботажными насадками.

6. Горизонтальный парогенератор по п.5, отличающийся тем, что безбарботажные насадки выполнены съемными.

7. Горизонтальный парогенератор по п.1, отличающийся тем, что патрубки подвода и отвода греющего теплоносителя выполнены в виде тройника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области использования атомной энергетики, в частности к системе паровыделения в проектах серийной реакторной установки ВВЭР-1000. Парогенератор содержит горизонтальный корпус с коллекторами подвода и отвода теплоносителя и трубный пучок, набранный из горизонтально расположенных U-образных теплообменных трубок и снабженный устройством дистанционирования в виде профильных и плоских металлических полос.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения пара в различных отраслях промышленности. Способ генерации пара в жаротрубном котле со сквозными вертикальными трубами для потоков горячего твердого теплоносителя заключается в том, что горячий сыпучий теплоноситель в виде нагретого циркулирующего потока извлекают из источника тепла, например топки с псевдоожиженным слоем сыпучего материала, и через распределитель, расположенный над котлом, подают на расширенные входы сквозных вертикальных труб с образованием нисходящих гравитационных течений в тепловом контакте со стенками труб.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при создании одноконтурных атомных электростанций с принудительной циркуляцией и водоводяным энергетическим реактором.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться на парогенераторах с жидкометаллическим теплоносителем. .

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в прямоточных вертикальных парогенераторах модульного типа, работающих в режиме переменных нагрузок.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в теплообменном оборудовании ядерных энергетических установок. .

Изобретение относится к конструкционным элементам теплообменных аппаратов. .

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам, а более конкретно - к парогенераторам атомных электростанций. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на атомных электростанциях в двухконтурных ядерных энергетических установках с водо-водяным энергетическим реактором с водой под давлением и ядерной паропроизводящей установкой, разделенной на несколько самостоятельных циркуляционных контуров (петель), для повышения надежности работы парогенератора за счет эффективного удаления шлама.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на атомных электростанциях в двухконтурных ядерных энергетических установках с водо-водяным энергетическим реактором с водой под давлением и ядерной паропроизводящей установкой, разделенной на несколько самостоятельных циркуляционных контуров (петель).

Изобретение относится к области энергетики, а именно к парогенераторной установке, которая может быть использована при создании двухконтурных атомных электростанций с принудительной циркуляцией. Парогенераторная установка содержит ядерный реактор, блок нагрева воды, насос, вихревой парогенератор, турбину, электрогенератор, конденсатор, конденсатный насос, циркуляционный насос, блок подачи добавочной воды, дополнительные парогенераторы, подкачивающие насосы, паропровод, биологический защитный элемент, при этом каждый из вихревых парогенераторов имеет одинаковое конструктивное выполнение и включает цилиндрическую входную камеру, имеющую входной тангенциальный канал, центральную полость, диффузор, дроссель и выходную камеру. Причем каждый из подкачивающих насосов установлен перед каждым дополнительным вихревым парогенератором и соединяет выход предыдущего вихревого парогенератора со входом последующего, а все вихревые парогенераторы соединены между собой последовательно и каждый из них имеет одинаковое конструктивное исполнение, при этом выход последнего дополнительного вихревого парогенератора соединен со входом циркуляционного насоса. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в горизонтальных парогенераторах атомных электростанций (АЭС) с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР). Заявлен коллектор теплоносителя первого контура парогенератора с U-образными трубами горизонтального теплообменного пучка, выполненный в виде сварного толстостенного сосуда, имеющего перфорированную среднюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью установки и закрепления в ней пучка U-образных теплообменных труб, которые сформированы в пакеты и разделены в пучке вертикальными межтрубными коридорами, нижнюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью сварного соединения с патрубком корпуса парогенератора, и верхнюю цилиндрическую часть с коническим переходом к фланцевому соединению люка с крышкой. Наружный диаметр Dкол коллектора первого контура в средней части выбран из заданного соотношения шага между теплообменными трубами, ширины коридора теплообменного пучка, наружного диаметра теплообменных труб, количества труб в горизонтальном ряду, минимального радиуса изгиба труб в теплообменном пучке. При этом отверстия для закрепления теплообменных труб размещены на средней цилиндрической части коллектора в шахматной компоновке. Технический результат изобретения заключается в обеспечении прочности перемычек стенки коллектора между отверстиями для закрепления теплообменных труб и герметичности соединения теплообменных труб с коллектором при том, что наружная поверхность перфорированной части коллектора наиболее эффективно используется для заведения труб в него. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к парогенераторам, в частности к горизонтальным парогенераторам для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР). Заявлен горизонтальный парогенератор атомной электростанции, содержащий цилиндрический корпус, два эллиптических днища, по меньшей мере один патрубок подвода питательной воды и отвода пара, входной коллектор и выходной коллектор, а также присоединенный к указанным коллекторам пучок теплообменных труб, причем количество Nтр теплообменных труб в пучке выбрано в заявленной зависимости от наружного диаметра dтp теплообменной трубы, причем величина зазора между соседними теплообменными трубами в вертикальном направлении не превышает величину вертикального шага между теплообменными трубами в пучке. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплопередачи в объеме парогенератора с одновременным ограничением количества и максимальной длины теплообменных труб, что позволяет использовать трубы, освоенные промышленностью. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к энергетике, в частности к горизонтальным парогенераторам для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) и к реакторной установке с ВВЭР и горизонтальным парогенератором. Реакторная установка с ВВЭР с горизонтальным парогенератором включает в себя ядерный реактор с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб, разделенных на пакеты межтрубными коридорами и соединенных с коллекторами теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, главный циркуляционный насос, а также главный циркуляционный трубопровод теплоносителя первого контура. Внутренний диаметр корпуса Dкорп, расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Lк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбраны из указанных соотношений. При этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из диапазонов: 90°≤α≤150° и 300 мм≤Δ≤1000 мм. Изобретение повышает интенсивность теплопередачи, надежность и долговечность парогенератора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх