Регенеративные подогреватели питательной воды

Тепловые схемы турбоустановок в значительной мере определяются схемами регенеративного подогрева питательной воды. Такой подогрев воды паром, частично отработавшим в турбине и отводимым от нее через регенеративные отборы к подогревателям, обеспечивает повышение термического КПД цикла и улучшение общей экономичности установки.

В систему регенеративного подогрева питательной воды входят подогреватели, обогреваемые паром, отводимым от турбины, деаэратор, некоторые вспомогательные теплообменники (сальниковые подогреватели, использующие теплоту пара из уплотнений, конденсаторы пара испарителей, эжекторов и др.), а также перекачивающие насосы (конденсатные, питательной воды, сливные).

Подогреватели низкого давления (ПНД)

Подогреватели, давление нагреваемой воды в которых определяется давлением конденсатных насосов, называются подогревателями низкого давления (ПНД). На ТЭС рабочее давление пара в ПНД не должно превышать 1,0 МПа, а нагреваемого конденсата - 3,2 МПа; для АЭС соответствующие цифры составляют 1,6 и 4,2 МПа.

Система регенерации низкого давления выполняется однопоточной с нагревом воды в одной группе последовательно расположенных ПНД. В некоторых случаях отдельные ступени подогрева могут иметь два корпуса.

Подогреватели низкого давления могут быть двух типов: поверхностные и смешивающие.

В общем случае в подогревателях поверхностного типа конструктивно выделяют три зоны: охлаждения перегретого пара (ОП), конденсации пара и охлаждения конденсата ниже температуры насыщения (ОК).

Подогреватель ПН-400-26-8-V
А, Б — вход и выход нагреваемого конденсата; В — вход греющего пара; Г —выход конденсата пара; Л — подвод конденсата; Ж — отвод парогазовой смеси; 1 — камера водяная; 2 — трубная доска; 3 — корпус; 4 — трубка; 5 — перегородки трубной системы

Основные узлы подогревателя - водяная камера с патрубками для подвода и отвода питательной воды, перегородками внутри нее (для организации в подогревателе определенного числа ходов воды — как правило, четырех) и фланцем; трубная система из U-образных трубок диаметром 16 и толщиной стенки 1 мм, концы которых завальцованы в трубной доске (для организации потока пара имеются направляющие промежуточные перегородки); корпус подогревателя с приваренными к нему патрубками, опорными лапами и фланцем. Трубная доска с помощью шпилек закрепляется между фланцами корпуса и водяной камеры.

Некоторые конструктивные особенности по сравнению с другими аппаратами имеют подогреватели ПН-350; эти особенности связаны, прежде всего, с наличием кожуха, плотно облегающего трубный пучок. При этом устраняется местное динамическое воздействие пара на трубный пучок, которое имеется в других аппаратах.

В подогревателях с теплообменной поверхностью 90-350 и 800 м2 применяются трубки из латуни марок Л68 и Л070-1 и сплава марки МНЖ-5-1. В аппаратах ПН-400, предназначенных для турбоустановок на сверхкритические параметры пара, применяются, как правило, трубки из сплава МНЖ-5-1 и аустенитной нержавеющей стали 08XI8H10T.

Характерные конструктивные особенности подогревателей для энергоблоков на органическом топливе видны на рис. На промежуточных перегородках трубного пучка имеются устройства для сбора стекающего по поверхности труб конденсата греющего пара и отвода его в нижнюю часть аппарата. В основном здесь применяются трубки диаметром 16X1 мм из сплава МНЖ-5-1, стали 08X14МФ (ТУ 14-3-1065—82) и из стали марки 08Х18Н10Т. Остальные элементы изготавливаются из углеродистой стали. Трубки в трубных досках крепятся вальцовкой; число ходов воды - 4 (пучок параллельно включенных П-образных труб соответствует двум ходам воды).

Подогреватель ПН-2300-25-7-IV

ПНД энергоблоков АЭС (рис.) имеют следующие основные особенности: трубные пучки набираются из прямых труб 16X1 мм из коррозионностойкой стали; концы завальцованных труб привариваются к трубным доскам; подогреватели ПН-950, ПН-1800 в целях повышения надежности имеют приемные паровые камеры, из которых греющий пар через специальные окна в цилиндрической части корпуса поступает к теплообменной поверхности; корпуса, как и трубки, изготавливаются из 08Х18Н10Т; в зависимости от компоновки ПНД применяется либо верхнее, либо нижнее расположение основных водяных камер (с входными и выходными патрубками).

а — конструктивная схема ПНСГ-800-1; б — общий вид ПНСГ-800-2; 1 — подвод пара; 2 — отвод паровоздушной смеси; 3 — подвод конденсата; 4 — отвод конденсата; 5 — аварийный сброс конденсата; 6 — аварийный отвод конденсата на вход КЭН; 7 — подвод дренажа из ПНДЗ; 8 — лаз

В подогревателях смешивающего типа (в отличие от поверхностных подогревателей) отсутствует теплообменная поверхность, улучшается использование теплоты отборного пара вследствие отсутствия недогрева — разности между температурой насыщения греющего пара и температурой нагреваемой среды на выходе из подогревателя. Кроме того, требуются специальные меры по созданию перепада давлений между последовательно расположенными смешивающими подогревателями: размещение их на разных уровнях по высоте (усложнение строительной конструкции, компоновки) или установка перекачивающих насосов после каждого подогревателя.

Подогреватель ПН-1900

Для отечественных мощных энергоблоков рекомендована комбинированная система регенерации с применением смешивающих ПНД в качестве первых ступеней регенеративного подогрева. Такая система с гравитационной схемой включения смешивающих ПНД1 и ПНД2 внедрена на многих блоках мощностью 300 МВт ряда ГРЭС. Разность в высотах расположения подогревателей выбрана такой, чтобы при всех режимах работы обеспечивался слив конденсата самотеком из ПНД1 в ПНД2. С учетом их взаимного расположения все подводы в ПНД1 выполнены снизу, а в ПНД2 — сверху. В ПНД1 основной конденсат после конденсатора турбины подается конденсатными насосами 1-го подъема, а после ПНД2 — в остальные ПНД и деаэратор конденсатными насосами 2-го подъема. В блоках мощностью 500 и 800 МВт подача конденсата из ПНД 1 в ПНД2 предусмотрена с помощью перекачивающих насосов. Схема с перекачивающим насосом компактнее гравитационной, но уступает ей в простоте и экономичности в связи с дополнительной затратой энергии на насос и потерей энергии в клапане регулятора уровня; гравитационная схема оказалась также сложной в эксплуатации.

Охладители конденсата

Охладитель дренажа ОВ-150-ЗА: A, Б — вход и выход нагреваемого конденсата; B, Г — вход и выход охлаждаемого дренажа; Д — дренирование охладителя

Установка охладителя конденсата греющего пара (дренажей) какого-либо подогревателя приводит к уменьшению количества отбираемого из турбины пара на этот подогреватель и к соответствующему увеличению расхода пара из отбора с меньшим давлением; это несколько увеличивает тепловую экономичность установки (примерно на 0,01—0,02 % на один охладитель). Охладители конденсата предназначены также для уменьшения вскипания в трубопроводах (за регулирующим клапаном), по которым конденсат из подогревателя более высокого давления перепускается в подогреватель с меньшим давлением.

Охладители конденсата чаще всего устанавливаются по ходу обогреваемой воды перед подогревателем, иногда — параллельно с этим подогревателем с разделением потока нагреваемой воды (например, так установлен охладитель дренажа ПНДЗ в схеме турбоустановки К-220-44). В ряде случаев через охладитель конденсата пропускают часть потока питательной воды, при этом другая часть байпасируется через перепускную диафрагму, сопротивление которой рассчитывается по необходимому расходу.

Охладители конденсата типа ОВ применяются в тепловых схемах турбоустановок мощностью 500—800 МВт и представляют собой водоводяные теплообменники вертикального исполнения с U-образными, как правило, стальными трубками 22 X 2 мм; схема движения теплоносителей — противоточная.

Аппараты ОДП-400 и ОДП-600 - горизонтальные, жесткотрубные, двухходовые по основному конденсату и четырехходовые по дренажу. Трубные пучки набираются из прямых нержавеющих труб 16X1 мм. Трубные доски (основной и поворотной водяных камер) привариваются к корпусу. Корпус, фланцы, трубные доски и днища изготавливаются из нержавеющей стали или из углеродистой стали с нержавеющей плакировкой.

Подогреватели высокого давления (ПВД)

Система регенерации высокого давления выполняется как однопоточной — с нагревом воды в одной группе последовательно расположенных подогревателей, так и многопоточной — с нагревом воды в двух (редко — трех) параллельных группах ПВД. Рабочее давление воды в трубных системах определяется полным давлением питательных насосов. Для ТЭС максимальное рабочее давление пара в ПВД 7,0, питательной воды 38,0 МПа, для АЭС соответственно 2,8 и 9,7 МПа.

Теплообменная поверхность ПВД заключается в один корпус и разделяется на зоны охлаждения пара (с температурой стенки выше температуры насыщения - зона ОП), конденсации греющего пара (КП), охлаждения конденсата греющего пара (ОК).

Зона ОК включается перед зоной КП по всему потоку питательной воды или с применением байпасирования части потока через перепускную диафрагму.

В настоящее время получили распространение четыре различные схемы включения зоны ОП по нагреваемой воде:

• 1) схема включения зоны ОП какого-либо подогревателя параллельно по питательной воде всем или части последующих по ходу воды подогревателей - схема Рикара - Некольного - Дацковского (турбоустановки К-500-166, К-500-240-4);


• 2) схема с концевой зоной ОП (схема Виолен - Хюльз), в которой греющий пар данного подогревателя (часто обогреваемого паром из отбора, первого после промежуточного перегрева) охлаждается питательной водой после всех ПВД (турбоустановки К-210-130-6, Т-180/210-130-1, Т-180/215-130-2);


• 3) последовательная схема включения по питательной воде всех зон — ОК, КП и ОП. Эта схема получила наиболее широкое распространение в нашей стране и за рубежом, хотя по тепловой экономичности она уступает предыдущим;


• 4) комбинированная схема, в которой часть зоны ОП охлаждается потоком воды, отбираемым за группой ПВД, другая часть получает воду после зоны КГ1 этого ПВД (турбоустановка К-800-240-5). Примеры схем включения ПВД даны на рис.

Схемы включения ПВД
а — схема подогревателя с неполным расходом питательной воды через зоны ОП и ОК; б — одна из двух одинаковых групп ПВД турбоустановки К-800-240-4 (у первого по ходу питательной воды ПВД имеется дополнительный пароохладитель): в — ПВД турбоустановки К-500-240-2

Конструктивно все ПВД (за исключением подогревателей для К-500-60/1500) представляют собой вертикальный аппарат сварной конструкции и с теплообменной поверхностью, набранной из свитых в плоские спирали гладких труб наружным диаметром 32 мм и толщиной стенки 4 мм (в случае давления в трубной системе 37,3 МПа — 32X5 мм), присоединенных к вертикальным раздающим (две или три) и собирающим (две или три) коллекторным трубам. Соединение коллекторных труб с подводящим и отводящим питательную воду патрубками осуществляется в нижней части подогревателя с помощью специальных развилок и тройников.

Для организации движения пара и отвода образующегося конденсата между спиральными трубными элементами установлены горизонтальные перегородки (через 8—12 рядов плоскостей навивки спиралей). Спиральные элементы зон ОП и ОК располагаются в специальных кожухах.

Все элементы трубной системы изготовлены из стали 20. Элементы корпуса выполняются из углеродистой стали 20К или низколегированной 0972С(М); некоторые элементы входа греющего пара при повышенной его температуре изготовляются из стали 12Х1МФ. Конструктивные особенности выполнения ПВД видны на рис.

Подогреватель высокого давления ПВ-1700-380-51:
а—общий вид; б — схема движения воды в трубной системе; в — схема движения пара и конденсата; 1 — диафрагма; 2 — спиральный змеевик; 3 — дроссельная шайба; А — вход питательной воды; Б — выход питательной воды; В — вход греющего пара; К — к водоуказательному прибору; М — вход конденсата из ПВД высшей ступени; Н — вход воздуха из ПВД высшей ступени;. П — к предохранительным клапанам




Подогреватель высокого давления ПВ-2500-97-28А:
А, Б - вход и выход питательной воды; В — вход греющего пара; Г — отвод конденсата

Подогреватели типа ПВ-2000-120 для К-500-60/1500 — кожухотрубные аппараты горизонтального типа из нержавеющей стали (корпус, распределительная камера, каркас трубной системы — из стали марки 12Х18Н10Т; трубная доска, U-образные трубки 16X1,4 мм —из стали 08Х18Н10Т).

Для поддержания эффективности теплоотдачи со стороны греющего пара необходимо удалять из подогревателей неконденсирующиеся газы. Отвод последних вместе с частью пара осуществляется, как правило, каскадно. Для этого все подогреватели регенеративной системы, включая сальниковые и сетевые подогреватели, снабжены специальными патрубками или устройствами для отвода паровоздушной смеси и для ее приема из подогревателя с большим давлением. В турбоустановках одноконтурных АЭС во избежание накопления гремучей смеси и предотвращения взрывоопасных ее концентраций отсос смеси осуществляется из каждого ПНД непосредственно в конденсатор.