Прямоточные парогенераторы с перегревом пара и водным теплоносителем*
В качестве примера рассмотрим ПГ АЭС Окони (США), электрической мощностью Nэл = 650 МВт и весом G = 550 т (рис.123). В этом ПГ теплообменный пучок из прямых труб жёстко закреплён между плоскими трубными досками в цилиндрическом корпусе , диаметром 4,3 м и высотой h = 20 м. В трубах сверху вниз проходит теплоноситель, а рабочее тело движется в межтрубном пространстве.
Главная трудность в таких ПГ – обеспечить компенсацию температурных удлинений. Это достигается подбором материала и всемерным сближением температур труб и корпуса. Для этого пучок заключён в кожух с перегородкой для разделения потоков рабочего тела. Питательная вода подаётся в зазор между кожухом и корпусом и сразу нагревается до кипения паром, выходящим через окна в кожухе. Далее она опускается, входит в межтрубное пространство и, двигаясь вверх, испаряется и перегревается на 25º С. На перегревательном участке организовано поперечное омывание труб с помощью кольцевых перегородок. Далее пар идёт вниз между кожухом и корпусом и удаляется из ПГ.
Сравнение с обычной схемой прямоточного ПГ (рис.124) показывает, что в этом случае корпус омывается более горячим рабочим телом и его температура будет ближе к температуре труб.
Прямоточные ПГ имеют следующие преимущества перед ПГ с естественной циркуляцией:
очень простая конструкция пучка, трубы имеют одинаковую длину;
отпадает нужда в сепарационных устройствах, резко уменьшаются размеры и вес;
перегрев повышает КПД АЭС (~ с 33 до 34,5 %) и уменьшает необходимую поверхность сепаратора – пароперегревателя.
Однако есть и серьёзные недостаткки:
повышенные требования к очистке воды от примесей, как в любом прямоточном ПГ;
возможность появления пульсаций расхода рабочего тела, как в прямоточных котлах ТЭС;
затраты энергии на прокачку рабочего тела, которых нет у ПГ с ЕЦ.
15. Особенности конструкции парогенераторов АЭС с натриевым теплоносителем. Методы снижения опасности протечек воды в натрий и предотвращение тепловых ударов.
Парогенераторы для реакторов с натриевым теплоносителем
Такие ПГ имеют особенности в связи с двумя дополнительными требованиям к конструкции:
предотвращение реакций Na H2O или уменьшение опасности такой реакции;
предотвращение тепловых ударов, т.е. термических напряжений, связанных с быстрым изменением температур металла вслед за изменением температуры натрия.
Первая задача решается за счёт повышения качества изготовления ПГ, наличия систем обнаружения протечек воды в натрий и мерами по снижению опасности этих протечек.
Вторая задача – за счёт защиты трубных досок и сравнительно холодных труб от контакта с горячим натрием, а также использованием секционных конструкций и повышенным вниманием к компенсации температурных удлинений.
Рассмотрим в свете этих задач конструкцию ПГ к реактору БН 600, электрической мощностью 600 МВт. На реактор используется три ПГ, каждый из которых состоит из восьми секций (всего24), а каждая секция – из трёх модулей – экономайзера-испарителя, пароперегревателя и промежуточного пароперегревателя (итого 72 модуля).
Теплообменные пучки во всех модулях заключены в корпуса. Трубки прямые и жёстко закреплены в трубных досках, а компенсация температурных удлинений осуществляется с помощью сильфонных компенсаторов на корпусе.
Вода и пар движутся в трубах, натрий – в межтрубном пространстве. Напомним, что это нерадиоактивный натрий второго контура с давлением около 0,8 МПа.
Для защиты корпуса от тепловых ударов пучок заключён в кожух, натрий попадает в него и назад через окна. Места заделки труб в трубные доски отделены от натрия системой массивных металлических экранов (фальшивых трубных досок). Камеры подвода-отвода рабочего тела имеют съёмные крышки для возможности осмотра и глушения дефектных трубок.
Натрий из испарителей всех восьми секций каждого ПГ собирается в т.н. буферной ёмкости (всего их три), наполовину заполненной аргоном. Она служит компенсатором объёма натрия второго контура, а также уменьшает скорость роста давления при протечках воды в натрий, являясь сборником образующегося водорода. Газ в ёмкости постоянно анализируют на содержание водорода для своевременного обнаружения протечек. ПГ выдаёт пар давлением 14,0/2,5 МПа и температурой перегрева 505/505 ºС.
