Выбор и обоснование конечных параметров.

Чем ниже конечное давление, тем ниже энтальпия на выходе то есть, больше располагаемый теплоперепад турбины, соответственно, больше работа, совершаемая паром. Снижение давления ниже атмосферного позволяет увеличить работу пара на 20-25%.

Прежде всего низкое давление не всегда может быть достигнуто из-за недостаточно низкой температуры охлаждающей воды. Тогда давление определяется в оптимальном выборе между расходами на прокачку технической воды, площадью теплообмена конденсатора и КПД.

С другой стороны при уменьшении конечного давления увеличивается влажность, при этом ухудшается гидродинамика турбины, уменьшается срок службы.

Кроме того, расход через турбину определяется выражением:

G = ρWS

При уменьшении давления плотность пара уменьшится. За счёт увеличения выходной скорости это уменьшение компенсировать нельзя, так как оно слишком большое, и, самое главное, пар должен срабатываться в турбине, а не отдавать свою энергию в конденсатор с выходной скоростью. Поэтому необходимо увеличивать площадь проходного сечения, что ограничено длиной лопаток последней ступени турбины по условиям прочности.

С учётом этих факторов давление в конденсаторах составляет обычно 0,0035 – 0,006 МПа.

2. Регенеративный подогрев в схемах АЭС, его необходимость. Влияние степени регенерации и числа регенеративных подогревателей на к.п.д. цикла с регенерацией.

Малое значение КПД цикла Ренкина по сравнению с циклом Карно связано с большими потерями тепла в окружающую среду при конденсации пара в конленсаторах. Для снижения потерь часть пара из турбины отбирается и направляется на регенеративные подогреватели, где тепловая энергия, высвобождаемая при конденсации отобранного пара, используется для подогрева воды, полученной после конденсации основного парового потока.

В реальных паросиловых циклах регенерация осуществляется с помощью регенеративных, поверхностных или смешивающих, теплообменников, в каждый из которых поступает пар из промежуточных ступеней турбины (так называемый регенеративный отбор). Пар конденсируется в регенеративных теплообменниках, нагревая питательную воду, поступающую в реактор. Конденсат греющего пара смешивается с основным потоком питательной воды.

Схема установки с регенеративным циклом: Т – турбина, К – конденсатор, Н – насос, Р – реактор, PП1, РП2 – регенеративные подогреватели. Стрелками показаны отборы пара из турбины.

В регенеративном цикле расход рабочего тела не постоянен на разных этапах цикла, что видно из дополнительной диаграммы, помещённой рядом с Т-S-диаграммой и показывающей расход (D) пара вдоль проточной части турбины.

Т-S диаграмма цикла с регенеративным подогревом.

В реакторной установке используются регенеративные подогреватели поверхностного типа, в которых греющая среда (пар отбора турбины) отделена от нагреваемой (вода конденсатно-питательного тракта).

В поверхностных подогревателях давление подогреваемой воды всегда больше давления отборного пара. При нарушении плотности в трубной системе в результате коррозионных процессов, вибраций и т. п. может иметь место заброс воды в турбину по линии отборного пара, что может привести к ее разрушению. Для защиты турбины от заброса в нее воды на линии отборного пара устанавливают обратный клапан.

Конденсат греющего пара (дренаж) подогревателя низкого давления (ПНД) отводится на предыдущий по ходу подогреваемой воды ПНД. Из первого после конденсатора ПНД дренаж сливается в конденсатор. Такая схема получила название каскадный слив дренажей.

При каскадном сливе дренажей должен быть обеспечен отвод только конденсата. Не сконденсировавшийся в подогревателе пар может, по дренажному трубопроводу, поступать в предыдущий подогреватель. Это необходимо предотвращать. Протечки пара снижают тепловую экономичность. Для их предотвращения подогреватели оборудованы устройствами, обеспечивающими слив только дренажей и не пропускающими пар.

Уровень конденсата в подогревателях строго определён. При повышении уровня конденсата часть трубной поверхности, залитая водой, не участвует в теплообмене, и невозможен подогрев воды до уровня, определяемого оптимальным разбиением подогрева по ступеням.

Кроме того, уровень конденсата может подняться до места отвода газов, и вместе с газами будет удаляться часть конденсата. При резких повышениях уровня конденсата, например при разрушении сразу нескольких трубок подогревателя, последний отключается из системы регенерации за счет обводной линии.

В процессе работы подогревателей в них скапливаются неконденсирующиеся газы, в основном воздух, в РБМК также продукты радиолиза воды (водород и кислород) и благородные газы - продукты деления топлива. Для предотвращения образования гремучей смеси из каждого подогревателя осуществляется отсос газовоздушной смеси в конденсатор. Вместе с газами уходит часть греющих паров, что снижает тепловую экономичность.

Поверхностные регенеративные подогреватели выполнены вертикальными. Вертикальные подогреватели наиболее удобны при компоновке оборудования в машинном зале. Кроме того, конденсирующийся пар образует пленку на теплообменной поверхности и если она вертикальна, то облегчается отвод пленки конденсата, что повышает коэффициент теплопередачи и уменьшает теплообменную поверхность.

Для конденсатного тракта, т. е. для ПНД, характерны относительно низкие температуры, когда коррозионные процессы протекают достаточно интенсивно. Кроме того, в подогреваемом конденсате до деаэратора содержатся коррозионно-агрессивные газы — кислород и углекислота, способствующие усилению коррозионных процессов. По этим причинам материал поверхности теплообмена ПНД должен выполняться из коррозионностойких аустенитных нержавеющих сталей, высоко-никелевых сплавов.

Требования к конструкциям поверхностных подогревателей:

1. обеспечение доступа к поверхности теплообмена для ремонта и осмотра, для чего предусматривается выемка трубной системы из корпуса. Компоновка подогревателей в машинном зале должна предусматривать такую возможность;

2. для уменьшения металлоемкости, а следовательно, и стоимости корпуса регенеративных подогревателей среда с меньшим давлением (греющий пар) направляется в межтрубное пространство, а подогреваемая среда (конденсат, питательная вода) направляется внутрь труб;

3. греющий пар направляется сверху вниз для улучшения отвода конденсата и отсоса воздуха. Движение пара организуется без застойных зон, в противном случае будет скопление газов и снижение коэффициента теплопередачи.