ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ПАРА НА АЭС
§ 1.1. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ПАРА
НА ТЭС
Основой технологического процесса производства электрической энергии на паротурбинных АЭС является превращение тепла в механическую энергию, а механической в электрическую. Следовательно, имеются все основания рассматривать АЭС как новый тип тепловой электрической станции (ТЭС). Несмотря на различные способы получения исходной энергии, принципиальные схемы АЭС и ТЭС аналогичны.
Схема паротурбинной ТЭС представлена на рис. 1.1. Сжигание органического топлива и производство рабочего пара заданных давления и температуры совмещены в одном агрегате — парогенераторе (ПГ). Основными элементами парогенераторов являются топочная камера и газоходы, выводящие из нее продукты сгорания. В топочной камере (в основном на ее стенках) и во всем объеме газоходов расположены теплопередающие поверхности, внутри которых непрерывно движется рабочая среда (вода, пароводяная смесь, пар), воспринимающая тепло, выделившееся при сгорании топлива.
Рис. 1.1. Принципиальная схема паротурбинной ТЭС 4
Теплопередающие поверхности разделяются на подогревающие (подогрев воды до температуры насыщения), испарительные (производство заданного количества насыщенного пара), и перегревательные (перегрев пара до заданной температуры). Части ΓΊΓ, где расположены эти поверхности, называют соответственно экономайзером» испарителем и пароперегревателем.
Большая часть поверхности нагрева испарителя расположена на стенках топочной камеры и воспринимает тепло, передаваемое от факела сжигаемого топлива посредством излучения.
Пароперегреватель расположен частично в топочной камере (радиационный пароперегреватель), а в большей своей части на начальном участке отводящих газоходов. Остальная часть отводящих газоходов занята водяным экономайзером и воздухоподогревателем, который предназначен для подогрева воздуха, необходимого для сжигания топлива.
Все теплопередающие поверхности, расположенные в газоходах, воспринимают тепло главным образом через конвекцию, так как передача тепла излучением резко снижается с уменьшением температуры топочных газов.
Производство пара начинается с подогрева поступающей в парогенераторы воды до температуры насыщения и заканчивается перегревом выработанного пара до заданной температуры.
Основные характеристики парогенераторов: паропроизводительность D, кг/с; параметры пара — давление р2, Па, и температура t2, °С, на выходе из пароперегревателя; температура воды на входе в водяной экономайзер °С.
Рабочий пар из парогенератора 1 по паропроводу 2 поступает в паровую турбину 3. В проточной части турбины давление и температура пара постепенно уменьшаются, тепло превращается в механическую энергию ротора турбины, связанного с ротором электрического генератора 4. В электрическом генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую. Пар из турбины при очень низком давлении (0,003—0,005 МПа) поступает в конденсатор 5. На теплопередающей поверхности конденсатора, охлаждаемой технической водой (из реки, пруда и других источников холодной воды), пар полностью конденсируется. Конденсат перекачивающими насосами 6, 11 подается через систему теплообменников 7, 10, 12 в водяной экономайзер парогенераторов.
В теплообменниках 7, 12 конденсат подогревается за счет тепла, передаваемого через трубчатую поверхность, от пара, отобранного в определенном количестве из промежуточных ступеней турбины. Конденсат этого пара из каждого теплообменника сбрасывается в водяной тракт предыдущего теплообменника (включенного на отбор пара из ступени с меньшим давлением). Число таких теплообменников в схеме станции зависит главным образом от параметров пара.
Теплообменник 10 смешивающего типа, передача тепла от греющей среды (пара) к воде осуществляется при их непосредственном смешении. Помимо подогрева воды в теплообменнике осуществляется удаление из конденсата растворенных газов. В соответствии с этим процессом этот теплообменник получил специальное название деаэратор. Для обеспечения эффективности деаэрации греющий пар должен подводиться в нижнюю часть деаэрационной колонки, а все водяные потоки — в верхнюю.
Деаэрационная колонка установлена на баке довольно большого объема, который является, таким образом, резервуаром воды. Деаэратор разделяет систему теплообменников на две группы: низкого 7 и высокого 12 давлений. Теплообменники, в которых осуществляется подогрев конденсата и добавочной воды отобранным из турбины частично отработавшим паром, называют регенеративными подогревателями, а систему всех теплообменников — регенеративной схемой турбины.
Паротурбинные электростанции могут вырабатывать не только электроэнергию, но и низкопотенциальное тепло, отпускаемое в виде пара различным промышленным предприятиям, или нагретой воды, используемой для отопления и бытового горячего водоснабжения. Параметры пара, отобранного для производственных нужд, зависят от технологии его использования на промышленном предприятии. Существуют специальные промышленные ТЭС, в которых весь пар, прошедший через турбину, отдается на производственные нужды. Паровые турбины таких ТЭС называют турбинами с противодавлением (конденсатор и регенеративные подогреватели низкого давления отсутствуют). Конденсат пара, отданного для производственных нужд, на станцию, как правило, не возвращается, а конденсат из установки для подогрева воды теплофикационных сетей 9 сохраняется в системе регенеративного подогрева целиком. Потери конденсата (пар, отданный на производственные нужды, утечки в схеме самой станции) должны быть восполнены. Для этого на станции существует специальная водоподготовительная установка 8, вода из которой поступает в деаэратор. В системе регенеративного подогрева до деаэратора движется только конденсат, в соответствии с этим тракт от конденсатора до деаэратора (тракт низкого давления) называют конденсатным. Насос этого тракта 6 также называют конденсатным. После деаэратора в системе регенеративного подогрева движется смесь конденсата и добавочной воды. Эта смесь носит название питательной воды. Соответствующие тракт и насос 11 называются питательными.
ТЭС, выполненные по схеме, представленной рис. 1.1, называют теплоэлектроцентралями (ТЭС) (комбинированная выработка электроэнергии и низкопотенциального тепла).
Другой тип ТЭС — конденсационные станции (КЭС), вырабатывающие только электрическую энергию. Принципиальная схема таких станций отличается от рассмотренной отсутствием отбора пара и установки для подогрева воды теплофикационной системы 9. На ТЭС без направления пара на производственные нужды резко сокращается количество потерянного конденсата (имеют место только потери внутри станции, равные 0,5—1 % расхода пара на турбину), поэтому производительность водоподготовительной установки на таких станциях существенно меньше.
