ПАРОГЕНЕРАТОР СО СВИНЦОВЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ИЛИ ЕГО СПЛАВАМИ

Решение относится к конструкции парогенераторов и может быть использовано в атомной и теплоэнергетике, в химической и нефтехимической промышленности, а также при опреснении морской воды.
Известен патент РФ№2060206 B63J/00, опубл. 1996.05.20 «Способ получения пресной воды и установка для ее получения, согласно которому исходную воду диспергируют в среднюю часть жидкометаллического столба, испарение и экстракцию цветных и благородных металлов ведут в слое жидкометаллического теплоносителя (сплав Вуда -25% Pb, по 12,5% Sn и Cd, остальное - Bi), патент РФ №2296715, C02F1/04, опубл.2007.04.10 «Устройство для опреснения морской воды». Несмотря на то, что эти решения не имеют непосредственного отношения к ядерной энергетической установке, отдельные их узлы могут быть использованы при разработке жидкометаллических ядерных энергетических установок с прямоконтактными парогенераторами.
Известно и одновременное использование парогенератора и опреснителя, но не их совмещение, например, патент РФ №2026491 Е21С 50/00, опубл. 1995.01.09 «Способ добычи полезных ископаемых при разработке месторождений на дне моря и комплекс для его осуществления». На плавсредстве закреплен термосифон атомной электростанции. Термосифон соединен с бункером-накопителем подъемного трубопровода и содержит конденсатор и парогенератор. С конденсатором термосифона с помощью трубопровода питательного дистиллята соединен конденсатор опреснитель морской воды. Опреснитель сообщен с парогенератором и с бункером накопителем. Морскую воду опресняют перед подачей ее в парогенератор термосифона. Это обеспечивает перепад давления между нижним и верхним участками подъемного трубопровода и подъем полезных ископаемых на плавсредство.
Раздельное использование парогенератора и опреснителя не экономично, сложно и трудоемко.
Известен парогенератор ядерного реактора со свинцовым теплоносителем или его сплавами, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода жидкого металла, патрубками подвода воды и отвода пара (см. Белая книга ядерной энергетики/ Под общ. ред. проф. Е.О.Адамова, Москва, изд-во ГУП НИКИЭТ, 2001, с.181) - прототип. В данном техническом решении отсутствует прямой контакт теплоносителя с водой.
Недостатком такого технического решения, применительно к установкам для опреснения морской воды, является образование отложений, примесей (накипи) на
теплообменных поверхностях парогенератора при подаче в него воды с повышенным содержанием солей, при этом уменьшается ресурс работы парогенератора вследствие забивания каналов морской воды отложениями солей и прекращением расхода воды; при этом установка не может выполнять функции опреснителя.
Задачи, решаемые изобретением - совершенствование конструкции парогенератора, увеличение ресурса его работы, и расширение функциональных возможностей - опреснение воды.
Технический результат - исключение образования отложений на теплообменных поверхностях, повышение энергонапряженности рабочего участка контактного теплообмена.
Технический результат достигается тем, что в парогенераторе со свинцовым теплоносителем или его сплавами, содержащем верхний и нижний корпуса, патрубки подвода и отвода теплоносителя, патрубки подвода воды и отвода пара, верхний и нижний корпуса соединены выполненной в виде змеевика подъемной трубой с подключенным к ней сопловым устройством с отверстием; истечения воды, соединенным с патрубком подвода воды, пара и опускной трубой, при этом опускной трубопровод подвода воды к сопловому устройству расположен внутри опускной трубы с теплоносителем, на входе в подъемную трубу с теплоносителем установлен конфузор, а на выходе из нее - диффузор.
Выполнение парогенератора по данной схеме обеспечивает прямой, непосредственный контакт теплоносителя с водой, паром, что интенсифицирует теплообмен, увеличивает время всплытия пузыря воды, пара в змеевике подъемной трубы и, соответственно, количество тепла, подведенного к нему, способствует дроблению пузырей и увеличению поверхности теплообмена, уменьшает объем свинца в парогенераторе и ее высоту и позволяет расширить функциональные возможности -использовать данный парогенератор в качестве опреснителя воды.
На фиг.1 представлена схема реализации предложенного технического решения.
В верхнем корпусе 1 расположены патрубок 2 отвода жидкометаллического теплоносителя, патрубок 3 отвода генерируемого пара. Выше свободного уровня 4 теплоносителя установлена перфорированная плита 5. В днище верхнего корпуса 1 расположен патрубок 6, соединенный с выполненной в виде змеевика подъемной трубой 7 с диффузором 8, и патрубок опускной трубы 9 теплоносителя.
В нижнем корпусе 10 расположен патрубок 11 опускной трубы 9 и патрубок 12 подъемной трубы 7 с конфузором 13. К подъемной трубе 7 подключено сопловое устройство 14 с отверстием истечения воды. В опускной трубе 9 размещен опускной
трубопровод 15 с патрубком 16 подвода воды к сопловому устройству 14. К нижнему корпусу 10 подключен патрубок 17 подвода жидкометаллического теплоносителя.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Через патрубки 17 и 2 устанавливается циркуляция жидкометаллического теплоносителя - расплава свинца при установленном номинальном уровне свинца в верхнем корпусе 1. Через патрубок 16, опускной трубопровод 15 и сопловое устройство 14 с отверстиями истечения вода подается в подъемную трубу 7 с конфузором 13, выполненную в виде змеевика. Всплывая в составе двухкомпонентного потока свинец - вода, пар, конденсат в пузырях испаряется, затем пар перегревается за счет теплообмена с расплавом свинца. Выполнение подъемной трубы 7 в виде змеевика позволяет увеличить время контакта конденсата в пузыре с расплавом свинца, увеличить количество тепла, подводимого к каждому пузырю, увеличить теплонапряженность участка контактного теплообмена, уменьшить массу свинца в объеме парогенераторе и уменьшить его габариты.
Образовавшийся пар через диффузор 8 поступает на свободный уровень 4 свинца, где сепарируется и через перфорированную плиту 5 отводится чрез патрубок 3 отвода пара. Однокомпонентный поток свинца поступает в опускную трубу за счет разницы плотностей сред в трубах 7 и 9 теплоносителя и нагревает воду, поступающую в парогенератор через патрубок 16. Подогретая в опускном трубопроводе 15 вода поступает в сопловое устройство 14 и через отверстие истечения вводится в расплав свинца в конфузоре 13 и патрубке 12 подъемной трубы 7.
Растворимость солей в паре качественно меньше, чем растворимость солей в воде. Соли при движении пузырей в подъемной трубе 7 из воды, поступающей через патрубок 16, концентрируются на свободной поверхности свинца, откуда удаляются фильтрованием, счерпыванием или др.
Применение предлагаемого технического решения позволит увеличить ресурс работы парогенератора, исключить образование отложений солей на теплообменных поверхностях, увеличить теплонапряженность рабочего объема парогенератора, сократить массу свинца в парогенераторе, уменьшить его габариты, за счет чего повысить экономичность работы парогенератора.