СЕПАРАТОР-ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ ТУРБИНЫ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

Полезная модель относится к области сепарации и перегрева пара и может быть применена для турбин атомных электрически станций, работающих на насыщенном паре.
Известен сепаратор-пароперегреватель (СПП), содержащий вертикальный корпус, размещенные в верхней части корпуса пароперегреватель, а под последним - сепарационные пакеты, центральную пароотводящую трубу, образующую со стенками корпуса входную кольцевую камеру с патрубком подвода парожидкостной смеси, коллектор подвода пара в сепарационные пакеты, патрубки для отвода пара в крышке и для жидкости в днище; входная кольцевая камера размещена между пароперегревателем и сепарационными пакетами, а коллектор подвода пара в последние образован стенками корпуса и торцами пакетов, SU 1206549.
В данном устройстве содержатся пучки теплообменных труб с продольным обтеканием их паром. Это обстоятельство обусловливает низкий коэффициент теплоотдачи и, соответственно, малую эффективность устройства.
Известен СПП турбины атомной электростанции, включающий корпус, в котором размещены сепаратор и пароперегреватель, содержащий пучки теплообменных труб, объединенные посредством концевых камер полусферической формы в кассеты и имеющие прямоугольное, в частности, квадратное сечение; кассеты установлены в корпусе параллельно его продольной оси. Кассеты находятся на расстоянии друг от друга, установлены радиально, то есть, не примыкают друг к другу боковыми гранями, US 4683842.
В данном устройстве обеспечивается поперечное обтекание теплообменных труб паром, что существенно повышает коэффициент теплоотдачи и, соответственно, эффективность устройства.
Однако полусферическая форма концевых камер пучков теплообменных труб не позволяет обеспечить компактное (без промежутков) сопряжение пучков труб друг с другом. Это приводит к уменьшению площади теплообменной поверхности, размещаемой в определенном объеме корпуса и уменьшению ширины пучков труб, что не позволяет обеспечить требуемую температуру перегрева пара без увеличения объема корпуса пароперегревателя, а также приводит к увеличению скорости пара и гидравлического сопротивления в пароперегревателе.
Известен СПП турбины атомной электрической станции, включающий корпус, в нижней части которого размещен сепаратор; сепаратор размещен под пароперегревателем, содержащем пучки теплообменных труб, объединенных посредством концевых камер в кассеты и имеющие прямоугольное сечение; кассеты установлены в корпусе параллельно его продольной оси, концевые камеры кассет выполнены в виде полых прямоугольных параллелепипедов, кассеты сгруппированы в два блока прямоугольного сечения, при этом боковые грани концевых камер каждого из блоков примыкают друг к другу, причем обращенные друг к другу грани блоков параллельны между собой, RU 54271 U1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Устройство-прототип позволяет обеспечить компактное сопряжение пучков труб и увеличить ширину пучков и площадь теплообменной поверхности. Однако, то обстоятельство, что кассеты пароперегревателя сгруппированы в два блока, размещенных на расстоянии друг от друга, обусловливает возможность установки сепаратора только под пароперегревателем, поскольку другое место для размещения сепаратора в корпусе без увеличения его поперечного сечения отсутствует. В устройстве-прототипе сепаратор отнимает место у пароперегревателя, что ведет к снижению мощности (тепловой) устройства при неизменных размерах корпуса. При этом следует иметь ввиду, что увеличение размеров корпуса имитировано как условиями компоновки атомной электростанции, так и возможностями транспортировки.
Кроме того, недостатком прототипа является большое аэродинамическое сопротивление в тракте нагреваемого пара за счет наличия ряда поворотов в этом тракте, что также снижает его мощность.
Задачей настоящей полезной модели является увеличение мощности при сохранении размеров корпуса.
Согласно полезной модели в сепараторе-пароперегревателе турбины атомной электрической станции, включающем корпус, в котором размещены сепаратор и пароперегреватель, содержащем пучки теплообменных труб, объединенные посредством концевых камер, выполненных в виде полых прямоугольных параллелепипедов, в кассеты прямоугольного сечения, установленные в корпусе параллельно его продольной оси, при этом боковые грани концевых камер примыкают друг к другу, кассеты пароперегревателя сгруппированы в один блок, сепаратор установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани пароперегревателя со стороны входа нагреваемого пара, при этом высота и ширина сепаратора соответствуют высоте и ширине указанной грани пароперегревателя.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - продольный разрез СПП;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - продольный разрез кассеты;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3;
на фиг.5 - поперечный разрез двух соседних, сопряженных между собой кассет в увеличенном масштабе.
Сепаратор-пароперегреватель турбины атомной электрической станции включает корпус 1, в котором размещены сепаратор 2 и пароперегреватель 3, содержащий пучки теплообменных труб 4, объединенных посредством концевых камер 5, выполненный в виде полых прямоугольных параллелепипедов, в кассеты 6, имеющие прямоугольное сечение; кассеты 6 установлены в корпусе 1 параллельно его продольной оси 7. Боковые грани концевых камер 5 примыкают друг к другу. Кассеты 6 пароперегревателя 3 сгруппированы в один блок. Со стороны сепаратора 2 установлена наклонная перегородка 8. Клиновидное пространство между перегородкой 8 и сепаратором 2 является коллектором 9 входа пара в сепаратор 2 и ограничено вверху перегородкой 10. Пространство между пароперегревателем 3 и корпусом 1 является коллектором 11 выхода пара из пароперегревателя 3. Кассеты 6 имеют боковые стенки 12 и 13, соединенные между собой по высоте пучка теплообменных труб 4 и стяжками 14. Зазор между боковыми стенками соседних кассет на входе пара в кассеты 6 из коллектора 9 перекрыт планками 15. К концевым камерам присоединены трубы 16 подвода греющего пара и трубы 17 отвода конденсата. Сепаратор 2 установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани 23 пароперегревателя 3 со стороны входа нагреваемого пара. Сепаратор 2 выполнен из пакетов сепарационных жалюзи 18. Высота и ширина сепаратора 2 соответствует с точностью до величины допуска высоте и ширине пароперегревателя 3. Сепаратор 2 соединен с трубами 19 слива сепарата. На корпусе 1 установлены патрубок 20 входа нагреваемого пара в СПП и патрубок 21 выхода из СПП перегретого пара. За патрубком 20 в корпусе размещена криволинейная перегородка 22.
СПП работает следующим образом:
Влажный пар из цилиндра высокого давления паровой турбины (на чертежах не показана) через патрубок 20 входит в нижнюю часть СПП под криволинейной перегородкой 22, откуда пар поступает в коллектор 9 входа. Влажный пар, проходя через пакеты жалюзи 18, осушается, отсепарированная влага через трубы 19 слива сепарата отводится из СПП. Сухой пар из сепаратора 2 поступает в кассеты 6 пароперегревателя 3. В кассетах 6 нагреваемый пар проходит в пространстве между теплообменными трубами 4 и перегревается за счет тепла греющего пара, поступающего в теплообменные трубы 4. При этом в переднюю по ходу движения нагреваемого пара половину кассет (первая ступень перегрева) поступает греющий пар из отбора в цилиндре высокого давления, а в заднюю половину кассет (вторая ступень перегрева) - часть пара, подводимого в турбину. Из пароперегревателя перегретый пар поступает в коллектор 11, выходит из СПП через патрубок 21 и направляется к части низкого давления паровой турбины (на чертежах не показана). Конденсат греющего пара по трубам 17 отводится из СПП.
Благодаря тому, что кассеты 6 пароперегревателя 3 сгруппированы в один блок, сепаратор 2 установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани пароперегревателя 3 со стороны входа нагревательного пара, увеличивается длина теплообменных труб 4, размещаемых в корпусе 1 при заданной его высоте. Вследствие этого увеличивается площадь теплообменной поверхности в объеме корпуса 1. Таким образом обеспечивается получение более высокой температуры перегрева пара при сохранении габаритов корпуса 1. Поскольку тракт нагреваемого пара от входа в сепаратор 2 до выхода из СПП становиться прямым и более коротким, уменьшается его аэродинамическое сопротивление.
При повышении температуры перегрева и уменьшении аэродинамического сопротивления повышается мощность СПП и, соответственно, увеличивается коэффициент полезного действия турбины и выработка электрической мощности. Расчеты вариантов СПП были проведены при использовании исходных технических требований на разработку СПП для турбоустановки К-1200-6,8/50 по проекту энергоблока АЭС-2006. При этом согласно данным разработчика турбины принимались следующие поправки величины электрической мощности при изменении параметров СПП:
- При увеличении температуры перегрева пара за первой ступенью пароперегревателя на 10°С мощность увеличивается на 0,12%;
- При увеличении температуры перегрева пара за второй ступенью пароперегревателя на 10°С мощность увеличивается на 0,133%;
- При уменьшении гидравлического сопротивления СПП по перегреваемому пару на 1% мощность увеличивается на 0,12%;
Расчеты вариантов СПП выполнены при сохранении длины и диаметра корпуса СПП. Результаты расчетов приведены в таблице:
Наименование
Размерность
Величина
Полезная модель
Прототип Ru 542710 U1
Расход
т/ч
1015.7
1015.7
Давление
МПа
0.5769
0.5769
Температура
°С
157.3
157.3
Влажность на входе в СПП
%
8.2
8.2
Влажность после сепаратора
%
0.3
0.3
Температура пара на выходе
°С
217.6
212.3
из I-й ступени
из II-й ступени
°С
274.6
263.7
Длина теплообменных труб
мм
6880
3496
Количество теплообменных труб
шт
6240
8800
Площадь теплообменной поверхности
м<sup>2</sup>
8206
5880
Гидравлическое сопротивление СПП
%
2,61
3,14
Длина СПП
мм
13420
13420
Диаметр корпуса (внутренний)
мм
4200
4200
Электрическая мощность одного энергоблока
МВт
1203,3
1200
Повышение электрической мощности
МВт
3,3
0