ПАРОГЕНЕРАТОР
STEAM GENERATOR

Изобретение относится к ядерной энергетике, а более конкретно к парогенераторам атомных электростанций.
Известен парогенератор, содержащий горизонтальный корпус, входной коллектор первого контура, выходной коллектор первого контура, теплообменные трубы, устройство раздачи питательной воды, сепарационное устройство, выполненное в виде жалюзийного сепаратора или пароприемного листа, опорное устройство теплообменных труб, погруженный дырчатый лист (Лукасевич Б.И., Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г., Давиденко С.Е. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004 стр. 70-86). Этот парогенератор выбран в качестве прототипа предложенного решения.
Данный парогенератор имеет недостатки конструкции, первый из которых заключается в том, что парогенератор имеет высокую неравномерность распределения потока теплоты, проходящего через условную поверхность уровня воды в парогенераторе, называемую зеркалом испарения. Этот недостаток приводит к существенному различию генерации пара по площади зеркала испарения парогенератора и не позволяет создавать парогенераторы упомянутой выше конструкции, рассчитанные на теплосъем большой мощности.
Второй недостаток данного ПГ также связан с неравномерностью генерации пара в парогенераторе и заключается в том, что объем парогенератора, предоставленный для наполнения его теплообменными трубами, заполнен ими не оптимально, как следствие, удельные весогабаритные характеристики парогенератора также не оптимальны.
Задачей настоящего изобретения является создание парогенератора, позволяющего обеспечить теплосъем большой тепловой мощности реактора, повышение надежности, уменьшение удельных весогабаритных характеристик и улучшение технико-экономических показателей парогенератора по сравнению с известным прототипом.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении теплогидравлической неравномерности в парогенераторе, улучшении наполняемости парогенератора теплообменными трубами, уменьшении концентрации коррозионно-активных примесей в районе шва приварки коллекторов первого контура к горизонтальному корпусу.
Для решения поставленной задачи в парогенераторе, содержащем горизонтальный корпус, входной и выходной коллекторы первого контура, теплообменные трубы, устройство раздачи питательной воды, предлагается теплообменные трубы парогенератора расположить в вертикальных плоскостях, а входной и выходной коллекторы первого контура расположить горизонтально.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан продольный разрез парогенератора;
на фиг. 2 показан поперечный разрез парогенератора.
Парогенератор представляет собой однокорпусный теплообменный аппарат горизонтального типа с погруженной под уровень воды теплообменной поверхностью и содержит следующие составные части, показанные на прилагаемых фигурах: горизонтальный корпус 1, входной 2 коллектор первого контура, выходной 3 коллектор первого контура, теплообменные трубы 4, которые образуют упомянутую выше теплообменную поверхность парогенератора и сформированы в верхний 5 и нижний 6 пакеты теплообменных труб 4, устройство раздачи питательной воды 7, опорное устройство теплообменных труб 8, сепарационное устройство 9, один или более пароотводящих патрубков 10.
В основе конструкции парогенератора лежит следующий принцип работы. Нагретый в реакторе теплоноситель (вода) подается во входной 2 коллектор первого контура. Из входного 2 коллектора первого контура теплоноситель поступает в теплообменные трубы 4 и движется по ним, отдавая свою теплоту через стенку теплообменных труб 4 котловой воде, и собирается в выходном 3 коллекторе первого контура. Из выходного 3 коллектора первого контура с помощью циркуляционного насоса теплоноситель вновь возвращается в реактор (на чертеже не показано). Горизонтальный корпус 1 парогенератора наполнен котловой водой до определенного уровня, который при эксплуатации поддерживается постоянным. Питательная вода подается в парогенератор через устройство раздачи 7 питательной воды. Питательная вода, вытекая из него, смешивается с котловой водой и прогревается до температуры насыщения, конденсируя при этом избыточное количество пара, генерируемого теплообменной поверхностью парогенератора.
Переданное от теплоносителя тепло расходуется на испарение котловой воды и образование пара в межтрубном пространстве парогенератора. Образующийся пар поднимается вверх и поступает к сепарационному устройству парогенератора, например пароприемному листу 9. Далее он отводится из парогенератора через как минимум один пароотводящий патрубок 10. Вырабатываемый парогенератором пар используется в паросиловом технологическом цикле выработки электроэнергии.
Применение горизонтального расположения входного 2 и выходного 3 коллекторов первого контура и размещение теплообменных труб 4 в вертикальных плоскостях позволяет уменьшить количество теплообменных труб 4 в верхнем 5 и нижнем 6 пакетах теплообменных труб 4 по вертикали по сравнению с известным прототипом. При этом интенсивное парообразование осуществляется только на теплообменной поверхности одного из пакетов труб, верхнего 5 или нижнего 6, так как в половине теплообменных труб 4 в поперечном сечении парогенератора течет горячий теплоноситель, а в другой, уже остывший за счет отдачи тепла котловой воде. Такая картина наблюдается в любом поперечном сечении парогенератора. От сечения к сечению меняется соотношение между количеством пара, образующимся в верхнем 5 и нижнем 6 пакетах теплообменных труб 4. Суммарное количество пара, генерируемое в данном поперечном сечении парогенератора, остается практически постоянным, независимо от того, где это сечение сделано. За счет этого достигается технический результат - уменьшение теплогидравлической неравномерности в парогенераторе. Как следствие, при масштабировании парогенератора и увеличении его теплообменной поверхности, в парогенераторе не формируются зоны с большой интенсивностью генерации пара, и это позволяет спроектировать парогенератор, рассчитанный на теплосъем большой мощности. Также это позволяет применять в конструкции парогенератора более плотные компоновки теплообменных труб 4 по сравнению с прототипом, т.к. вследствие выравнивания генерации пара по площади зеркала испарения парогенератора и уменьшения количества горячих теплообменных труб 4 по высоте верхнего пакета 5 локальное паросодержание в межтрубном пространстве парогенератора также уменьшается. Более плотная компоновка теплообменных труб 4 в парогенераторе позволяет улучшить наполняемость его теплообменными трубами 4 и уменьшить удельные весогабаритные характеристики парогенератора.
Применение горизонтального расположения входного 2 и выходного 3 коллекторов первого контура позволяет перенести сварные швы 11 приварки коллекторов первого контура к горизонтальному корпусу 1 из нижней части горизонтального корпуса 1, в которой скапливается шлам при эксплуатации, в его боковую часть. Это приводит к уменьшению концентрации коррозионно-активных примесей около вышеупомянутых сварных швов, снижению вероятности их коррозионного повреждения и повышению надежности парогенератора.