Парогенераторы и теплообменники 1

Сентябрь 13, 2022

Главная
Физика
Парогенераторы и теплообменники 1

Содержание

2. Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от одного тела (теплоносителя) к другому для осуществления
3. Теплообменные аппараты Смешивающие Поверхностные Регенеративные Рекуперативные
4. а - прямоток б - противоток в - перекрестный однократный ток г-перекрестный многократный ток
5. Теплообменники на АЭС подразделяются на основные и вспомогательные. Большая часть теплоты передается основными теплообменниками и именно
6. парогенератор - рекуперативный теплообменный аппарат, передающий тепловую энергию от теплоносителя к рабочему телу через поверхность теплообмена.
7. Парогенератор может включать в себя водяной экономайзер, испаритель, пароперегреватель и промежуточный пароперегреватель. Промежуточный перегрев пара может
8. Парогенераторы можно классифицировать: по роду теплоносителя - с водным, жидкометаллическим, газовым, а также другими теплоносителями; по
9. по количеству корпусов (корпусные парогенераторы): однокорпусные - все элементы парогенератора расположены водном корпусе; многокорпусные - отдельные
10. Парогенераторы также можно подразделять на вертикальные и горизонтальные в зависимости от соотношения вертикального и горизонтального габаритных
11. Типы парогенераторов с различными способами образования пара: а - прямоточный; б - с многократной циркуляцией. где
14. - расход питательной воды; - расход через экономайзерный участок; - расход через испарительный участок; - расход
15. Принудительная многократная циркуляция в контуре обеспечивается насосом, а естественная - за счет различия в плотности рабочего
16. прямоточный парогенератор При вынужденном движении в вертикальном обогреваемом канале в условиях q=const (q - плотность теплового
18. температуры насыщения Ts температура стенки Tсr кипение жидкости в пристенном слое может происходить в условиях, когда
19. Различные режимы течения, показанные на слайде, характеризуются различными значениями коэффициентов теплоотдачи a. Особенно большие различия наблюдаются
20. Второй существенный недостаток прямоточных парогенераторов - отложение солей на внутренней поверхности парогенерирующих труб на границе перехода
21. Еще одним недостатком прямоточного парогенератора является невозможность быстрого изменения его паропроизводительности, т. е. невозможность согласования паропроизводительности
22. Парогенераторы с многократной циркуляцией (МЦ), имеют более сложную конструкцию, так как парогенерирующий комплекс содержит барабан-сепаратор и
23. Следует отметить, что барабан-сепаратор, в нижней части которого содержится большое количество воды при температуре насыщения, является
24. Рассмотрим, например, случай увеличения потребительской нагрузки на турбоагрегат. При этом система регулирования числа оборотов ротора турбины
25. Для осуществления цикла насыщенного пара парогенератор без барабана-сепаратора (т. е. прямоточный) не применим из-за описанных выше
28. Интегральная компоновка первого контура позволяет все оборудование размещать в баке 9 под уровнем натрия, над которым
31. 1 – тракт теплоносителя; 2 – вторая ступень водяного экономайзера; 3 – тракт рабочей среды; 4
33. 1 – реактор; 2 – испарительный канал; 3 – пароперегревательный канал; 4 – барабан-сепаратор; 5 –
34. Подвод питательной воды
36. Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-210 1 – сборный паровой коллектор; 2 – лаз; 3
37. 1 – реактор; 3 парогенератор; 4 – паровая турбина; 5 – турбинный сепаратор; 6 – конденсатор;
38. Водно-паровой цикл Ренкина с регенерацией теплоты:
40. Тепловая схема идеальной установки: 1 — паропроизводительная установка, 2 — турбина, 3 — конденсатор, 4 —
42. T, s-диаграмма термодинамического цикла: 1—2 — процесс подъема давления воды в насосе, 2-3-4-5 — подогревы воды
46. а — парогенераторная установка с пароперегревателем и водяным экономайзером; б — парогенераторная установка без перегрева пара
48. Этапы теплового расчета Целью теплового расчета парогенератора является определение размеров теплопередающей поверхности, обеспечивающих передачу необходимого количества
49. Тепловой расчет обычно включает в себя две основные части: в первой части определяются тепловая мощность парогенератора,
50. Себестоимость киловатт-часа электроэнергии можно представить как - себестоимость электроэнергии, вырабатываемой станцией; - капитальная составляющая, учитывающая затраты
51. Определим влияние параметров теплообмена, теплофизических свойств и различных геометрических величин на себестоимость электроэнергии. Как известно, необходимая
52. Как видно из формулы (2.2), увеличение коэффициента теплопередачи проводит к уменьшению размеров теплопередающей поверхности и, соответственно,
53. Однако в случае низкотемпературного реактора, когда температура горячего теплоносителя ограничена сверху (например, ВВЭР), увеличения Т можно
54. Распределение температуры при передаче теплоты в теплообменнике: - температура и скорость горячего теплоносителя соответственно; - температура
55. j - индекс, определяющий участок, а полное значение поверхности теплообмена парогенератора: В первом соотношении на слайде
56. - количество теплоты, отбираемое у горячего теплоносителя, - потери теплоты в окружающую среду в процессе теплопередачи
57. Учитывая, что в оптимальном режиме работы парогенератора падение давления теплоносителей (т. е. гидравлическое сопротивление) должно быть
58. Для практических расчетов уравнения теплового баланса записываются для каждого теплоносителя отдельно на участках, где теплоносители не
59. T-Q - диаграмма парогенератора Выбор уровня температур в парогенераторе и температурных напоров производится с помощью T-Q-диаграммы.
60. T-Q-диаграмма теплообменника типа "противоток"
61. Проведем анализ случая, когда прямые, описывающие изменение температуры теплоносителей параллельны друг другу, т.е. температурный напор не
63. Если то прямые, описывающие уровни температур теплоносителей не параллельны, а комплекс не равен единице. При этом
64. Q-T-диаграмма прямоточного парогенератора На Q-T-диаграмме прямоточного парогенератора присутствуют все, отмеченные в предыдущих разделах, участки, отличающиеся значениями
66. Температура пара на входе в турбину Т0принимается по паспорту турбины только при условии, что максимальная температура
67. При этом, очевидно, величина Т0 получается меньше, чем указано в паспорте турбины. Построение диаграммы начинают с
68. Если же температура не задана, то она может быть определена в результате оптимизации: при фиксированных значениях
69. Если на АЭС установлен низкотемпературный реактор, то задается обычно величина , соответствующая допустимой температуре теплоносителя для
70. Таким образом, имеем значения температуры холодного теплоносителя на концах участков: Тепловые мощности различных участков определяются из
71. - расход холодного теплоносителя - соответствено энтальпии свежего пара и питательной воды. Равенства находят координаты точек
72. Для того, чтобы убедиться в правильности определенных количеств теплоты на различных участках, необходимо сравнить значение и
73. Q-T -диаграмма парогенератора с многократной циркуляцией В этом случае температура холодного теплоносителя на входе в экономайзерный
74. Значение энтальпии рассчитывается по формуле после элементарных преобразований: Где =1,05 , - энтальпия воды на линии
75. T-Q-диаграмма парогенератора с МЦ
77. Для расхода холодного теплоносителя на различных участках парогенератора с МЦ справедливы соотношения:, для расхода горячего теплоносителя
78. Q-T-диаграммы парогенераторов АЭС с реакторами типа ВВЭР Основные теплогидравлические характеристики горизонтальных парогенераторов
80. Теплогидравлические характеристики вертикального парогенератора (проект)
81. Парогенераторы с горизонтальной компоновкой (прототип - парогенератор НВАЭС)
82. В данном случае все количество теплоты, передаваемой в парогенераторе, можно представить как сумму двух частей: основной
83. Расход дополнительного количества пара на подогрев питательной воды будет соответственно равен
84. Парогенераторы с вертикальной компоновкой (прототип - парогенератор НИИАР) Tпв Tх эк вх
85. Т-Q-диаграмма парогенератора блока Шевченковской АЭС с реактором БН-350 А С В D
86. Основные расчетные соотношения: где - полное количество теплоты, передаваемой горячим теплоносителем через стенки наружных труб испарителя
87. Т-Q-диаграмма парогенератора блока Белоярской АЭС с реактором БН-600 Cоотношение между расходами пара через основной и промежуточный
89. Где - количества теплоты, передаваемой теплоносителю III контура на экономайзерном и испарительном участках испарителя, в основном
91. Значения количеств теплоты, передаваемой на различных участках парогенератора, рассчитываются с помощью соотношений:
92. Распределение температуры теплоносителя второго контура (т.е. горячего) определяется по формуле: Где - температура теплоносителя II контура
93. Т-Q-диаграмма секционно-модульного парогенератора блока Белоярской АЭС с реактором БН-600
94. Расход горячего теплоносителя через испаритель парогенератора рассчитывается по уравнению теплового баланса: а расходы горячего теплоносителя через
95. Учитывая, что и получим
107. Скачать презентацию

Слайд 2

Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от одного тела

(теплоносителя) к другому для осуществления различных технологических процессов - нагревания, охлаждения, кипения, конденсации. Теплоноситель с более высокой температурой будем называть горячим, а теплоноситель с более низкой температурой (воспринимающий теплоту) - холодным.

Слайд 3

Теплообменные аппараты
Смешивающие
Поверхностные
Регенеративные
Рекуперативные

Слайд 4

а - прямоток б - противоток
в - перекрестный однократный ток
г-перекрестный

многократный ток

Слайд 5

Теплообменники на АЭС подразделяются на основные и вспомогательные. Большая часть теплоты

передается основными теплообменниками и именно их характеристики оказывают существенное влияние на коэффициент полезного действия и экономическую эффективность станции в целом основными теплообменниками на АЭС являются парогенератор, промежуточный теплообменник (в случае реализации на станции трехконтурной схемы) и конденсатор.

Слайд 6

парогенератор - рекуперативный теплообменный аппарат, передающий тепловую энергию от теплоносителя к

рабочему телу через поверхность теплообмена.

Слайд 7

Парогенератор может включать в себя водяной экономайзер, испаритель, пароперегреватель и промежуточный

пароперегреватель. Промежуточный перегрев пара может осуществляться также и в специальных теплообменниках, не входящих в состав парогенератора.

Слайд 8

Парогенераторы можно классифицировать:
по роду теплоносителя - с водным, жидкометаллическим, газовым, а

также другими теплоносителями;
по способу организации движения рабочего тела в испарителе - парогенераторы с многократной естественной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией, прямоточные парогенераторы;
по наличию или отсутствию общего корпуса (кожуха), в котором расположены трубчатые поверхности теплообмена - корпусные (кожухотрубные) и теплообменники типа "труба в трубе";

Слайд 9

по количеству корпусов (корпусные парогенераторы):
однокорпусные - все элементы парогенератора расположены водном

корпусе;
многокорпусные - отдельные элементы имеют самостоятельные корпуса;
секционные - парогенератор состоит из нескольких секций, имеющих общие системы регулирования расхода теплоносителя и рабочего тела;
секционно-модульные - секции парогенератора состоят из отдельных модулей, в которых располагаются его элементы.

Слайд 10

Парогенераторы также можно подразделять на вертикальные и горизонтальные в зависимости от

соотношения вертикального и горизонтального габаритных размеров и особенностей компоновки.

Слайд 11

Типы парогенераторов с различными способами образования пара: а - прямоточный; б

- с многократной циркуляцией.
где 1 - коллектор; 2 -экономайзерный участок; 3 - испарительный участок; 4 - пароперегревательный участок: 5 - барабан-сепаратор; 6 - циркуляционный насос; 7 - опускной участок- циркуляционного контура.

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

- расход питательной воды;
- расход через экономайзерный участок;
-

расход через испарительный участок;

- расход через пароперегревательный участок;

- расход пара на выходе из парогенератора, т. е. его паропроизводительность.

- расход рабочего тела в контуре "барабан-сепаратор - испарительный участок"

> 1 - коэффициент кратности циркуляции

Слайд 15

Принудительная многократная циркуляция в контуре обеспечивается насосом, а естественная - за

счет различия в плотности рабочего тела на опускном и подъемном участках циркуляционного контура.
В первом случае коэффициент кратности циркуляции зависит от расходно-напорной характеристики выбранного насоса (обычно выбирают
= 4÷10), а во втором - от высоты подъемного участка, причем величину коэффициента Ки определяют в результате гидродинамических расчетов (обычно получается = 6÷8)

Слайд 16

прямоточный парогенератор
При вынужденном движении в вертикальном обогреваемом канале в условиях q=const

(q - плотность теплового потока) состояние потока непрерывно изменяется по длине канала. На следующем слайде показана диаграмма режимов течения и соответствующих им областей теплообмена в трубе, на вход которой подается недогретая до температуры насыщения жидкость с таким расходом, что жидкость полностью испаряется к выходу из трубы, т. е. данная труба представляет собой аналог прямоточного парогенератора.

Слайд 17

Слайд 18

температуры насыщения Ts
температура стенки Tсr < Ts, участок, где

кипение отсутствует (область I).
кипение жидкости в пристенном слое может происходить в условиях, когда основная масса жидкости недогрета до температуры насыщения (область II). Кипение во всей массе жидкости (область III - зона развитого кипения) начинается после того, как вся жидкость достигнет состояния насыщения.
В качестве основных режимов течения в вертикальных каналах обычно выделяют пузырьковый, снарядный, дисперснокольцевой и дисперсный режимы. На слайде эти режимы соответствуют областям III, IV, V и VI.
За дисперсным режимом следует область VII течения однофазного пара.

Слайд 19

Различные режимы течения, показанные на слайде, характеризуются различными значениями коэффициентов теплоотдачи

a. Особенно большие различия наблюдаются на границах между режимами IV-V и V-VI, вследствие чего в стенке трубы возникают большие температурные перепады вблизи этих границ. Границы режимов циклически дрейфуют по длине трубы, что в конечном счете приводит к возникновению циклических температурных напряжений, вызывающих усталость металла труб. Поэтому для труб парогенераторов прямоточного типа необходимо использовать марки сталей, обладающие повышенными прочностными характеристиками. Последнее повышает стоимость конструкции парогенератора (капитальные затраты) и является одним из недостатков аппаратов этого типа.

Слайд 20

Второй существенный недостаток прямоточных парогенераторов - отложение солей на внутренней поверхности

парогенерирующих труб на границе перехода потока к дисперсному режиму течения, ухудшающее теплоотдачу и увеличивающее гидравлическое сопротивление. Для уменьшения отложения солей приходится ужесточать нормы солесодержания питательной воды для прямоточных парогенераторов, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат.

Слайд 21

Еще одним недостатком прямоточного парогенератора является невозможность быстрого изменения его паропроизводительности,

т. е. невозможность согласования паропроизводительности парогенератора с мощностью турбины, если последняя быстро изменяется вследствие изменения нагрузки потребителей на электрический генератор. Таким образом, применение прямоточных парогенераторов возможно только в области базовой нагрузки, где потребление электроэнергии постоянно во времени.

Слайд 22

Парогенераторы с многократной циркуляцией (МЦ), имеют более сложную конструкцию, так как

парогенерирующий комплекс содержит барабан-сепаратор и циркуляционные насосы (в случае организации принудительной циркуляции). Это - основной недостаток парогенераторов с МЦ, зато у них отсутствуют недостатки прямоточных парогенераторов.

Слайд 23

Следует отметить, что барабан-сепаратор, в нижней части которого содержится большое количество

воды при температуре насыщения, является своеобразным тепловым аккумулятором, позволяющим в некоторых пределах синхронизировать паропроизводительность парогенератора с мощностью турбоагрегата.

Слайд 24

Рассмотрим, например, случай увеличения потребительской нагрузки на турбоагрегат. При этом система

регулирования числа оборотов ротора турбины автоматически увеличивает открытие парораспределительных клапанов, через которые поступает пар в турбину: растет расход пара из барабана-сепаратора. Это вызывает уменьшение давления в барабане-сепараторе, вследствие чего происходит вскипание находящейся в нем воды, что и компенсирует увеличившийся расхода пара. Возможности синхронизации паропроизводительности парогенератора с МЦ и мощности турбины подобным образом ограничиваются предельными значениями высоты уровня воды в барабане-сепараторе.

Слайд 25

Для осуществления цикла насыщенного пара парогенератор без барабана-сепаратора (т. е. прямоточный)

не применим из-за описанных выше особенностей дрейфа границ режимов течения в прямоточных трубах.

Слайд 26

Слайд 27

Слайд 28

Интегральная компоновка первого контура позволяет все оборудование размещать в баке 9

под уровнем натрия, над которым пространство заполнено инертным газом — аргоном с давлением 0,3—0,4 МПа. Таким образом, бак 9 является одновременно и компенсатором давления. Натрий насосом, приводящим в действие электродвигатель 6, прокачивается через активную зону 8. Нагретый натрий направляется в промежуточный теплообменник 10 сверху вниз. В составе первого контура имеются три насоса и шесть промежуточных теплообменников. К первому контуру подключено быстродействующее сбросное устройство и система подпитки натрия, включающая в себя бак запаса натрия 2 с системой инертного газа 1, подпиточный насос 3 и задвижку 4. Промежуточный (второй) контур имеет три циркуляционные петли. Каждая петля включает в себя два промежуточных теплообменника 10, парогенераторную установку, состоящую из испарительной 13, пароперегревательной 12 и промперегревательной 14 секций, циркуляционного насоса 48 с обратным клапаном 21 и арматурой 4. Натрий из промежуточного теплообменника параллельно проходит секции перегревателя 12 и промперегревателя 14, затем поступает в испарительную секцию 13 и далее насосом 48 подается в промежуточный теплообменник 10. В состав контура включены также очистная установка 47 и компенсатор давления 46, сбросные устройства 15, бак запаса натрия, подпиточный насос И. Давление в промежуточном контуре 1 МПа, благодаря чему исключаются перетечки активного натрия в промежуточный контур при разуплотнении. Температура натрия на входе в парогенераторную установку равна 520 °С, а на выходе 320 °С. Перегретый пар с давлением 14 МПа и температурой 505 °С поступает на три стандартные турбины 18 К-200-130 электрической мощностью 200 МВт каждая, состоящие из ЦВД, ЦСД и ЦНД и связанные с электрогенератором 19. После ЦВД пар при давлении 2,5 МПа направляется в промперегреватель 14, где перегревается до температуры 505 °С и поступает в ЦСД. На паропроводах свежего пара и промперегрева установлены предохранительные клапаны 17. Конденсат после конденсатора 20 конденсатными насосами первого подъема 21 с арматурой 23 проходит конденсатоочистку (блочную очистную установку— БОУ) 24 и затем конденсатными насосами 25 второго подъема с арматурой 26—27 подается в систему регенерации. В системе регенерации имеются четыре ПНД 31, 34—36 и три ПВД 42—44, деаэратор 37 с деаэраторным баком 40, охладитель основных эжекторов 32, отсасывающих газы 13 из конденсатора, охладитель эжекторов уплотнений 30, из которого конденсат через гидрозатвор 29 и задвижку 28 сливается в основной поток конденсата. Параллельно с основным питательным насосом 41 установлен насос расхолаживания 45. Свежий пар помимо турбины может сбрасываться через БРОУ-К в основной конденсатор 10 и через БРОУ-Д в технологический конденсатор 38, а оттуда насосом 39 в деаэратор.

Слайд 29

Слайд 30

Слайд 31

1 – тракт теплоносителя;
2 – вторая ступень водяного экономайзера;
3

– тракт рабочей среды;
4 – испаритель;
5 – первая ступень водяного экономайзера.

Слайд 32

Слайд 33

1 – реактор; 2 – испарительный канал;
3 – пароперегревательный канал; 4 –

барабан-сепаратор; 5 – испаритель;
6 и 7 – первая и вторая ступени экономайзера, соответственно; 8 – циркуляционный насос;
9 – бак аварийного расхолаживания;
10 – насос технологического конденсатора,
11 – конденсатор; 12 – технологический конденсатор;
13 – турбогенератор; 14 – конденсатоочистка;
15 – регенеративные подогреватели низкого давления;
16 – регенеративные подогреватели высокого давления;
17 – теплообменник

Слайд 34

Подвод питательной воды

Слайд 35

Слайд 36

Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-210
1 – сборный паровой коллектор;

2 – лаз;
3 – продувочные и дренажные штуцера;
4 – патрубок подсоединения трубопровода теплоносителя;
5 – входной коллектор теплоносителя;
6 – поверхность нагрева,
7 – корпус парогенератора;
8 – выходной коллектор теплоносителя;
9 – воздушник первого контура;
10 – жалюзийный сепаратор.

Слайд 37

1 – реактор; 3 парогенератор; 4 – паровая турбина;
5 –

турбинный сепаратор; 6 – конденсатор;
7 – конденсатный насос;
8 – подогреватели низкого давления;
9 – деаэраторный бак; 10 – деаэраторная колонка;
11 - питательный насос;
12 – подогреватели высокоголавления;
14 – циркуляционный насос;
15 - конденсатоочистка.

Слайд 38

Водно-паровой цикл Ренкина с регенерацией теплоты:

Слайд 39

Слайд 40

Тепловая схема идеальной установки: 1 — паропроизводительная установка, 2 — турбина,

3 — конденсатор, 4 — насос, 5 — регенеративные подогреватели, 6 — отводы и подводы пара к турбине;

Слайд 41

Слайд 42

T, s-диаграмма термодинамического цикла: 1—2 — процесс подъема давления воды в

насосе, 2-3-4-5 — подогревы воды в регенеративных подогревателях, 5-6-7 — подвод тепла в паропроизводительной установке, 7-8, 9-10, 11-12, 13-14 — расширение пара в турбине; 8-9, 10-11, 12-13 — охлаждение пара в подогревателях

Слайд 43

Слайд 44

Слайд 45

Слайд 46

а — парогенераторная установка с пароперегревателем и водяным экономайзером;
б —

парогенераторная установка без перегрева пара и без водяного экономайзера;
в— парогенераторная установка без перегрева пара с водяным экономайзером;
1— реактор;2 — главный циркуляционный насос;
3 — испаритель;4 — водяной экономайзер;
5 — пароперегреватель

Слайд 47

Слайд 48

Этапы теплового расчета
Целью теплового расчета парогенератора является определение размеров теплопередающей поверхности,

обеспечивающих передачу необходимого количества теплоты от горячего теплоносителя к холодному.

Слайд 49

Тепловой расчет обычно включает в себя две основные части: в первой

части определяются тепловая мощность парогенератора, количества теплоты, передаваемые на различных участках парогенератора, и температурные напоры на участках; во второй - производится расчет конструктивных параметров и коэффициентов теплопередачи.

Слайд 50

Себестоимость киловатт-часа электроэнергии можно представить как
- себестоимость электроэнергии, вырабатываемой станцией;
-

капитальная составляющая, учитывающая затраты на изготовление оборудования и строительство АЭС;

- эксплуатационная составляющая, учитывающая затраты на обеспечение нормальной эксплуатации станции.

Слайд 51

Определим влияние параметров теплообмена, теплофизических свойств и различных геометрических величин на

себестоимость электроэнергии. Как известно, необходимая площадь поверхности парогенератора F зависит от его мощности коэффициента теплопередачи К и температурного напора
коэффициент теплопередачи

Слайд 52

Как видно из формулы (2.2), увеличение коэффициента теплопередачи проводит к уменьшению

размеров теплопередающей поверхности и, соответственно, к уменьшению капитальных затрат Cкап, другой стороны, увеличение К обычно достигается за счет повышения скорости теплоносителя, что увеличивает эксплуатационную составляющую Сэксп. Из формулы (2.2) видно также, что увеличение температурного напора Т приводит к уменьшению капитальных затрат.

Слайд 53

Однако в случае низкотемпературного реактора, когда температура горячего теплоносителя ограничена сверху

(например, ВВЭР), увеличения Т можно достичь, уменьшая температуру холодного теплоносителя. При этом уменьшается средняя температура рабочего тела термодинамического цикла при подводе тепла, т. е. уменьшается КПД брутто АЭС, что приводит к увеличению топливной составляющей себестоимости электроэнергии.

Слайд 54

Распределение температуры при передаче теплоты в теплообменнике:
- температура и скорость горячего

теплоносителя соответственно;
- температура и скорость холодного теплоносителя;
- толщина стенки.

Слайд 55

j - индекс, определяющий участок, а полное значение поверхности теплообмена парогенератора:
В

первом соотношении на слайде неизвестны все величины.
В 1-й части теплового расчета необходимо определить значения
и Запишем уравнения теплового баланса для всего парогенератора и его отдельных элементов. Так как теплопередача не может осуществляться без потерь теплоты, введем коэффициент ее использования принимая во внимание, что количество теплоты полученное холодным теплоносителем, определяется как

Слайд 56

- количество теплоты, отбираемое у горячего теплоносителя,
- потери теплоты в

окружающую среду в процессе теплопередачи

Тогда коэффициент использования теплоты

для всего парогенератора

для его отдельных j-x элементов (участков)

Слайд 57

Учитывая, что в оптимальном режиме работы парогенератора падение давления теплоносителей (т.

е. гидравлическое сопротивление) должно быть небольшим по сравнению с абсолютным давлением в парогенераторе, можно считать процесс передачи теплоты изобарным и. следовательно, количество переданной теплоты равно изменению энтальпии теплоносителя. Таким образом, для всего парогенератора тепловой баланс определяется уравнением

а для отдельного j-го участка парогенератора

Слайд 58

Для практических расчетов уравнения теплового баланса записываются для каждого теплоносителя отдельно

на участках, где теплоносители не изменяют свое агрегатное состояние:

для испарительного участка

- теплота парообразования на испарительном участке при заданном давлении в парогенераторе р

Слайд 59

T-Q - диаграмма парогенератора
Выбор уровня температур в парогенераторе и температурных напоров

производится с помощью T-Q-диаграммы.
T-Q-диаграммой парогенератора (теплообменника вообще) называется график зависимости температур горячего и холодного теплоносителей от количества переданной теплоты. Так как при относительном движении теплоносителей по схеме "прямоток" уровень температуры холодного теплоносителя на выходе из теплообменника ниже (т. е. значение КПД меньше), чем при движении по схеме "противоток", в атомной энергетике, как правило, используют "противоток". Рассмотрим T-Q-диаграмму для участка теплообменника, в пределах которого теплоносители не изменяют своего агрегатного состояния.

Слайд 60

T-Q-диаграмма теплообменника типа "противоток"

Слайд 61

Проведем анализ случая, когда прямые, описывающие изменение температуры теплоносителей параллельны друг

другу, т.е. температурный напор не изменяется по длине участка. В этих условиях, как видно из соотношений

Оптимальное значение температурного напора ΔT определяется из условия минимума себестоимости электроэнергии. Рекомендуемые диапазоны температурного напора, в которых должны находиться оптимальные значения

Слайд 62

Слайд 63

Если то прямые, описывающие уровни температур теплоносителей не параллельны, а комплекс

не равен единице.
При этом рекомендуемые диапазоны, приведенные в таблице, применяются для выбора величины а в формулу необходимо подставлять величину расчетного температурного напора определяемую по формуле:

Слайд 64

Q-T-диаграмма прямоточного парогенератора
На Q-T-диаграмме прямоточного парогенератора присутствуют все, отмеченные в предыдущих

разделах, участки, отличающиеся значениями теплофизических величин и параметров теплообмена: экономайзерный, испарительный и пароперегревательный.
При выполнении предыдущих разделов курсового проекта были выбраны термодинамический цикл АЭС, тип турбоагрегата, рассчитаны КПД брутто станции и мощность одного парогенератора. Параметры турбины, ввиду сложности ее конструкции, оптимизируются в процессе проектирования, поэтому значения температуры питательной воды и давления пара на входе в турбину р0 определяются ее паспортными данными.

Слайд 65

Слайд 66

Температура пара на входе в турбину Т0принимается по паспорту турбины только

при условии, что максимальная температура горячего теплоносителя, т. е. достаточна для обеспечения величины температурного напора на конце пароперегревательного участка (т. е. ) не меньше, чем рекомендуется в таблице. В противном случае значение Т0 определяется в результате оптимизации температурного напора

Слайд 67

При этом, очевидно, величина Т0 получается меньше, чем указано в паспорте

турбины.
Построение диаграммы начинают с того, что по оси абсцисс откладывают величину тепловой мощности парогенератора
Линия, характеризующая изменение температуры горячего теплоносителя строится, в случае высокотемпературных реакторов, непосредственно по заданным значениям температуры на входе и выходе .

Слайд 68

Если же температура не задана, то она может быть определена в

результате оптимизации: при фиксированных значениях и р0 уменьшение приводит, с одной стороны, к уменьшению необходимого для передачи заданной тепловой мощности расхода теплоносителя, т. е. к уменьшению эксплуатационной составляющей себестоимости электроэнергии, а с другой стороны - к уменьшению температурного напора на всех участках, вследствие чего в соответствии с формулой увеличивается необходимая площадь поверхности теплообмена, т. е. растет капитальная составляющая.

Слайд 69

Если на АЭС установлен низкотемпературный реактор, то задается обычно величина ,

соответствующая допустимой температуре теплоносителя для данного типа реактора. Вторая температура горячего теплоносителя определяется после построения линии холодного теплоносителя в результате оптимизации минимального значения температурного напора на экономайзерном участке в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблице. Давление пара в парогенераторе должно быть на 5% выше паспортного начального давления турбины для компенсации падения давления в потоке пара при его транспортировке по трубопроводу от парогенератора к турбине. Зная давление в парогенераторе , можно определить температуру насыщения которая является температурой холодного теплоносителя на испарительном участке.

Слайд 70

Таким образом, имеем значения температуры холодного теплоносителя на концах участков:
Тепловые мощности

различных участков определяются из уравнений теплового баланса

Слайд 71

- расход холодного теплоносителя
- соответствено энтальпии свежего пара и питательной воды.
Равенства

находят координаты точек линии холодного теплоносителя на Q-T-диаграмме, определяющие границы участков парогенератора. Соединив прямыми линиями точки, соответствующие входу и выходу холодного теплоносителя для каждого участка, получим всю линию холодного теплоносителя.

Слайд 72

Для того, чтобы убедиться в правильности определенных количеств теплоты на различных

участках, необходимо сравнить значение и сумму . Расхождение не должно превышать 2%.
Расход горячего теплоносителя G,определяется из соотношения

- среднее значение теплоемкости горячего температура горячего теплоносителя

на входе в парогенератор (выходе из парогенератора).

Слайд 73

Q-T -диаграмма парогенератора с многократной циркуляцией
В этом случае температура холодного теплоносителя

на входе в экономайзерный участок не равна температуре питательной воды . Температура
определяется из баланса теплоты, передаваемой в барабан-сепараторе при смешении питательной воды с отсепарированной отпароводной смеси водой, находящейся на линии насыщения:

Слайд 74

Значение энтальпии рассчитывается по формуле после элементарных преобразований:
Где =1,05 ,

- энтальпия воды на линии насыщения при давлении в парогенераторе, Кц - кратность циркуляции.

Слайд 75

T-Q-диаграмма парогенератора с МЦ

Слайд 76

Слайд 77

Для расхода холодного теплоносителя на различных участках парогенератора с МЦ справедливы

соотношения:,
для расхода горячего теплоносителя – соотношение:

Слайд 78

Q-T-диаграммы парогенераторов АЭС с реакторами типа ВВЭР
Основные теплогидравлические характеристики горизонтальных парогенераторов

Слайд 79

Слайд 80

Теплогидравлические характеристики вертикального парогенератора (проект)

Слайд 81

Парогенераторы с горизонтальной компоновкой (прототип - парогенератор НВАЭС)

Слайд 82

В данном случае все количество теплоты, передаваемой в парогенераторе, можно представить

как сумму двух частей: основной и дополнительной, причем

а дополнительное количество теплоты на производство дополнительного пара, конденсирующегося затем вследствие отдачи того же количества теплоты для подогрева питательной воды до температуры насыщения, определяется как

Слайд 83

Расход дополнительного количества пара на подогрев питательной воды будет соответственно равен

Слайд 84

Парогенераторы с вертикальной компоновкой (прототип - парогенератор НИИАР)
Tпв
Tх эк
вх

Слайд 85

Т-Q-диаграмма парогенератора блока Шевченковской АЭС с реактором БН-350
А
С
В
D

Слайд 86

Основные расчетные соотношения:
где - полное количество теплоты, передаваемой горячим теплоносителем

через стенки наружных труб испарителя

Слайд 87

Т-Q-диаграмма парогенератора блока Белоярской АЭС с реактором БН-600
Cоотношение между расходами пара

через основной и промежуточный перегреватели выбирается равным значению этой величины в действующем парогенераторе реактора БН-600:
Gпр.п=0,85Gпп
гдеGпр.п - расход пара через модуль промежуточного перегревателя, Gпп - расход пара через модули испарителя и основного перегревателя.

Слайд 88

Слайд 89

Где - количества теплоты, передаваемой теплоносителю III контура на экономайзерном и

испарительном участках испарителя, в основном и промежуточном перегревателях соответственно;
- энтальпия свежего пара;
- энтальпия питательной воды;
- энтальпия пара на входе в промежуточный перегревателя;
- энтальпия пара на выходе их промежуточного перегревателя;
Qпг - тепловая мощность секции парогенератора.

Слайд 90

Слайд 91

Значения количеств теплоты, передаваемой на различных участках парогенератора, рассчитываются с помощью

соотношений:

Слайд 92

Распределение температуры теплоносителя второго контура (т.е. горячего) определяется по формуле:
Где -

температура теплоносителя II контура на выходе j-го участка парогенератора (экоиомайзерного, испарительного, пароперегревательного, промежуточного перегрева);
- температура теплоносителя II контура на входе j-го участка;
Grj - расход теплоносителя II контура на входе j-го участка;
Qrj - тепловая мощность, передаваемая на j-м участке;
- средняя теплоемкость горячего теплоносителя на участке;
- коэффициент использования теплоты.

Слайд 93

Т-Q-диаграмма секционно-модульного парогенератора блока Белоярской АЭС с реактором БН-600

Слайд 94

Расход горячего теплоносителя через испаритель парогенератора рассчитывается по уравнению теплового баланса:
а

расходы горячего теплоносителя через основной и промежуточный пароперегреватели, а также температуры горячего теплоносителя после перегревателей определяются из решения системы уравнений:

Слайд 95

Учитывая, что и получим

Слайд 96

Слайд 97

Слайд 98

Слайд 99

Слайд 100

Слайд 101

Слайд 102

Слайд 103

Слайд 104

Слайд 105