СТРУЙНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ПАРОГЕНЕРАТОРА ПГВ-1000
JET APPARATUS FOR STEAM GENERATOR PGV-1000

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности для применения в парогенераторах ПГВ-1000, серийно использующихся на атомных станциях с реакторной установкой ВВЭР-1000.
В случае работы парогенератора традиционной схемы процессы сепарации и парообразования основаны на процессе естественной циркуляции. В процессе работы парогенератора питательная вода поступает в один продольный раздаточный коллектор и подается на ряды поперечных разбрызгивателей, установленных под дырчатым листом над пакетами трубчатки на стороне горячего коллектора. Эта холодная питательная вода из раздаточного коллектора нагревается до насыщения, частично конденсируя пар в пароводяной смеси под дырчатым листом, образующейся в результате теплообмена основной воды парогенератора с пакетами трубчатки, смешивается с основной водой парогенератора (имеющей температуру насыщения), и уже смешанная таким образом, опускается в промежутки между пакетами трубчатки (в опускные каналы), за счет естественной циркуляции, после чего вновь участвует в теплообмене с пакетами трубчатки. При номинальной мощности часть пара, прорываясь в опускные каналы, блокирует опускание холодной воды и кратность циркуляции падает.
Основные известные недостатки таких парогенераторов:
- из-за неравномерности тепловыделения на горячей и холодной сторонах парогенератора наблюдается неравномерность паровой нагрузки (расхода пара по сечению парогенератора) и уровня воды над дырчатым листом, и, как следствие, опасность заброса (выброса) влаги в паропроводы;
- при номинальной мощности обычно происходит прорыв пара в опускные каналы и через закраину дырчатого листа, что резко уменьшает кратность циркуляции на горячей стороне парогенератора;
- образование застойных зон с повышенной концентрацией растворенных солей и продуктов коррозии и выпадение шлама.
Таким образом, в номинальном режиме работы парогенератора имеются довольно значимые потери производительности, обусловленные главным образом неэффективной схемой циркуляции и уменьшением кратности циркуляции.
Для минимизации последствий вышеуказанных недостатков могут применяться струйные аппараты.
Из уровня техники известен струйный аппарат, применяющийся в тепловой энергетике (в основном на ТЭС), содержащий корпус, размещенные в нем сопла для подвода газообразной и жидкой среды, и камеру (патент РФ 6853 U1, МПК F04F 5/02; опубл. 16.06.1998).
Недостатком имеющегося прототипа струйного аппарата является то, что будучи примененным на парогенераторе АЭС не способствует увеличению кратности циркуляции и, как следствие, не обеспечивает экономической и энергетической эффективности.
В ОАО «ВНИИАЭС» разработан эффективный струйный аппарат. Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение кратности циркуляции питательной воды на горячей стороне парогенератора, приводящее к увеличению паропроизводительности при сохранении его геометрических размеров. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет:
- свести на нет потери пара при конденсации по сравнению с традиционной схемой, происходящей при нагреве питательной воды парогенератора;
- получать более интенсивное перемешивание теплоносителя в опускных каналах, что снижает термическую нагрузку на пакеты трубчатки;
- исключить прорыв пара в опускные каналы;
- выравнивать уровень воды в парогенераторе над дырчатым листом за счет захвата воды из области над дырчатым листом на горячей стороне парогенератора.
Сущность изобретения заключается в струйном аппарате, который содержит корпус, выполненный цилиндрическим, размещенный вертикально в опускном канале парогенератора и соединенный нижней частью с направляющим дефлектором, цилиндрическое сопло, утопленное наполовину своей длины в верхнюю часть корпуса с образованием кольцевого зазора между цилиндрическим соплом и корпусом для подачи питательной воды парогенератора в корпус из области под дырчатым листом, сужающиеся каналы, расположенные внутри стенок цилиндрического сопла и соединенные через подающие трубки с раздаточным коллектором с возможностью поступления питательной воды из сужающихся каналов в корпус под углом 75° к вертикали, при этом верхний срез цилиндрического сопла соединен с дырчатым листом, пропускающим питательную воду парогенератора из области над дырчатым листом в верхнюю часть цилиндрического сопла и далее в корпус. Корпус может иметь длину до 1700 мм для заполнения всей длины опускного канала.
Общий вид струйного аппарата представлен на фиг.1.
Струйный аппарат состоит (фиг.2) из цилиндрического корпуса (1), цилиндрического сопла (2) для подвода питательной воды из раздаточного коллектора, пластин (3) для соединения цилиндрического корпуса аппарата с цилиндрическим соплом, подающих трубок (4), сужающихся каналов (5) внутри стенок цилиндрического сопла (2) (для наглядности на фиг.2 канал заштрихован) и направляющего дефлектора (6). Верхний срез цилиндрического сопла (2) соединен с дырчатым листом (7). Подающие трубки (4) подводят питательную воду из раздаточного коллектора в соединенные с ними сужающиеся каналы (5). Форма сужающихся каналов (5) внутри стенок цилиндрического сопла (2) имеет спиральный вид для создания ускорения и получения скорости около 10 м/с на выходе из каналов цилиндрического сопла, при этом в верхней части цилиндрического сопла отверстие входа значительно шире, чем в нижней части на выходе (например, в верхней части может быть 4 мм, в нижней части - 2 мм). Сам характер сужения может быть как продольный, так и поперечный относительно стенок цилиндрического сопла. Количество сужающихся каналов в стенках цилиндрического сопла (2) ограничено лишь геометрическими размерами самого цилиндрического сопла (2) струйного аппарата. В верхней части цилиндрического сопла (2) питательная вода парогенератора поступает в цилиндрический корпус (1) из области над дырчатым листом (7). В кольцевой зазор между цилиндрическим соплом (2) и цилиндрическим корпусом (1) питательная вода парогенератора поступает в цилиндрический корпус (1) из области под дырчатым листом (7). На фиг.2 направляющими стрелками показан вектор движения питательной воды парогенератора из обеих областей в цилиндрическое сопло (2) и цилиндрический корпус (1). Направляющий дефлектор (6) устроен таким образом, чтобы способствовать последующему поступлению смешанного потока в пакеты трубчатки (8).
Вид сверху предлагаемого струйного аппарата представлен на фиг.3.
При использовании предлагаемого струйного аппарата питательная вода поступает в два ряда расположенных вдоль корпуса парогенератора раздаточных коллектора на горячей стороне парогенератора, и из них посредством подающих трубок (4) раздается в сами струйные аппараты. Количество струйных аппаратов зависит от геометрических размеров парогенератора, для парогенератора ПГВ-1000 это количество может быть от 10 до 20 в зависимости от количества рядов. Струйные аппараты расположены между пакетами трубчатки - в опускном канале. Поданная подающими трубками (4) питательная вода из раздаточного коллектора поступает в расположенные в стенках цилиндрического сопла сужающиеся каналы (5). На выходе из цилиндрического сопла (2) выходящая с завихрениями под углом 75° к вертикали и со скоростью около 10 м/с на срезе питательная вода благодаря возникающей разреженности у среза цилиндрического сопла смешивается со значительной частью питательной воды парогенератора, которая поступает в цилиндрический корпус как из верхней части цилиндрического сопла (2), так и из кольцевого зазора между цилиндрическим соплом (2) и цилиндрическим корпусом (1) струйного аппарата. Перемешивание питательной воды из раздаточного коллектора с поступившей питательной водой парогенератора в цилиндрическом корпусе (1) струйного аппарата дает после выхода из дефлектора (6) под пакетами трубчатки монотемпературный по сечению поток. Поток, пройдя сквозь пакеты трубчатки, превращается в пароводяную смесь, которая поднимается наверх и частично сепарируется дырчатым листом. Над дырчатым листом смесь разделяется на фазы пар-вода гравитационной сепарацией. Пароводяная смесь, отсепарированная над и под дырчатым листом, благодаря разреженности, возникающей у среза цилиндрического сопла вследствие выхода из цилиндрического сопла питательной воды из раздаточного коллектора со скоростью около 10 м/с, возвращается обратно в струйный аппарат, где остатки пара в отсепарированной смеси конденсируются. Остальная часть воды поступает под действием гравитации в опускные каналы на закраинах дырчатого листа. Отсепарированный пар поступает в выходной коллектор и далее на турбину.
Таким образом, благодаря предлагаемому струйному аппарату достигается технический результат, заключающийся в снятии ограничений на увеличение паропроизводительности парогенератора посредством увеличения кратности циркуляции питательной воды на горячей стороне парогенератора. Это способствует уменьшению вероятности заброса влаги в паропроводы, уменьшению вероятности отложений шлама на трубчатке парогенератора, а также возможности организации непрерывной промывки отложений на сварном шве коллектора парогенератора.