Прямоточные парогенераторы в настоящее время применяются в энергоблоках с реакторами, охлаждаемыми жидкими металлами и газами. Эти парогенераторы вырабатывают сильно перегретый (до 500—550 °С) пар. Ведутся разработки прямоточных парогенераторов для реакторов ВВЭР, предназначенных для выработки слабо перегретого (на 15—20 °С выше температуры насыщения) пара. В настоящем параграфе рассматривается регулирование парогенераторов первого типа.
Конструктивно прямоточный парогенератор обычно состоит из двух теплообменников, в одном из которых (испарителе) происходит кипение питательной воды, во втором (пароперегревателе) — перегрев полученного в испарителе пара. Движение теплоносителя и воды (пара) происходит по противоточной схеме теплоноситель сначала поступает в пароперегреватель, а затем частично охлажденный — в испаритель. Как правило, стали, применяемые в испарителях, не рассчитаны на работу при высоких температурах, а стали, применяемые в пароперегревателях, — на работу при кипении. Это обстоятельство накладывает определенные требования на регулирование параметров парогенератора. Если в тепловой схеме турбины предусматривается промежуточный перегрев пара, для промежуточного пароперегревателя выделяется специальный теплообменник, поток теплоносителя распределяется между двумя пароперегревателями, а затем, смешиваясь, поступает в испаритель
Прямоточные парогенераторы эксплуатируются в двух режимах сепараторном и бессепараторном. В сепараторном режиме (рис 8 18,а) из испарительной части парогенератора 1 выходит пароводяная смесь со значительной (до 5%) влажностью Влага отделяется от пара в сепараторе 3 и отводится через дренажную линию 4, а сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель 2 Расход влаги из сепаратора определяется открытием сливного дроссельного клапана на линии 4У обычно управляемого дистанционно. Задачей регулирования в сепараторном режиме является обеспечение расхода влаги на выходе из испарительной части, равного расходу влаги из сепаратора. Это достигается поддержанием постоянного уровня в сепараторе с помощью трехимпульсного регулятора уровня.
Регулирование осуществляется регулятором уровня 9, получающим импульсы от уровнемера 5 и расходомеров воды 6 и пара 7 и воздействующим на питательный клапан 8. Работа регулятора аналогична работе трехимпульсных регуляторов, рассмотренных в § 84. Однако сепараторы имеют малую площадь зеркала испарения и явление «вспухания» у них выражено более сильно, чем в барабанных парогенераторах. Поэтому соотношение коэффициентов усиления по уровню и расходу у регуляторов уровня сепараторов обычно выбирается меньшим, чем у регуляторов уровня барабанов, т е они поддерживают расход воды, равный расходу пара при слабой коррекции по уровню.
Рис. 8.18. Схемы регулирования прямоточных парогенераторов:
а — регулирование уровня в сепараторе, б — регулирование температуры теплоносителя на выходе из парогенератора; в — регулирование давления пара за турбиной
В сепараторном режиме при заданных расходе и температуре теплоносителя на входе в парогенератор, температуре питательной воды и сливе влаги из сепаратора температура теплоносителя на выходе из парогенератора однозначно определяется статическими характеристиками парогенератора и не регулируется.
В бессепараторном режиме питательная вода целиком испаряется в испарителе, образуя на выходе слабо перегретый пар. При этом подача воды может меняться в относительно широких пределах, благодаря чему можно осуществлять регулирование тех или иных параметров. В зависимости от особенностей технологии объекта могут регулироваться температура теплоносителя на выходе из парогенератора или давление перегретого пара.
Схема, осуществляющая поддержание температуры теплоносителя на выходе из парогенератора, показана на рис. 18,5. Она состоит из стабилизирующего регулятора расхода питательной воды 10, воздействующего на питательный клапан 8 по сигналу расходомера 6. На задание регулятора 10 действует командный регулятор температуры теплоносителя 12, получающий импульс от термометра 15. Например, при снижении температуры теплоносителя ниже заданной регулятор 12 уменьшает задание регулятору 10, что вызывает уменьшение расхода воды и возвращает температуру теплоносителе к заданному значению. При переменном расходе греющего теплоносителя для улучшения качества регулирования температуры применяется опережающий импульс от расходомера 16, который сразу же изменяет задание регулятору 10, не дожидаясь, пока произойдет изменение температуры 15. Во избежание появления температурных напряжений в трубных досках между испарителем и пароперегревателем при резких изменениях расхода питательной воды применяется дифференциатор 14, работающий по сигналу от термометра 11. Если, например, при снижении расхода питательной воды сигнал 11 растет слишком быстро, дифференциатор подает на регулятор 10 сигнал, снижающий скорость изменения расхода. При медленном изменении температуры сигнал на выходе дифференциатора мал и не влияет на работу регулятора 10. При настройке этой схемы сначала настраивается малоинерционный контур стабилизирующего регулятора 10, а затем определяются настройки регулятора 12.
В реакторах с газовым теплоносителем изменение расхода питательной воды используется для регулирования давления острого пара за пароперегревателем. В этой схеме (рис. 8.18,в) задание стабилизирующему регулятору расхода 10 изменяет регулятор давления 13, получающий сигнал от манометра 17. Регулятор 13, например, при снижении давления, увеличивает заданное значение расхода.
Существуют и другие схемы регулирования, обеспечивающие, например, постоянство температуры слабо перегретого пара за испарителем.
В режимах пуска и останова, а также в экспериментальных установках малой мощности часто применяются схемы только сo стабилизирующим регулятором 10, задание которому изменяется оператором вручную.
При выработке сильно перегретого пара возникает необходимость регулирования его температуры. Температура перегретого пара слабо зависит от расхода питательной воды (0,1—0,2°С/%), поэтому схемы регулирования температуры путем воздействия на расход питательной воды не применяются На котлах с органическим топливом для регулирования температуры перегретого пара широко используются впрыскивающие пароохладители. При этом пар выходит из пароперегревателя с температурой несколько выше заданной (на 10—20 °С) и его температура снижается до требуемого значения путем впрыска воды. Применение пароохладителей требует, очевидно, более высокой температуры теплоносителя, а следовательно, и температуры оболочки твэлов в реакторе, кроме того, возмущения, влияющие на перегрев пара в парогенераторах АЭС, гораздо меньше, чем на ТЭС. Поэтому пароохладители на АЭС не применяются, а регулирование температуры пара осуществляется воздействием на температуру или расход теплоносителя, поступающего в парогенератор. Некоторые способы такого регулирования описаны ниже при рассмотрении схем регулирования блоков, работающих на перегретом паре (см § 9.5 и 9.6).
