ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОДУВОЧНОЙ ВОДЫ ПАРОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 1997 года по МПК B01D1/06 

Изобретение относится к энергетике, а более конкретно к вспомогательным системам парогенерирующей установки атомной электростанции, а также может быть использовано в выпарных установках для упаривания перегретых солесодержащих жидкостей в металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Основным технологическим процессом метода термической очистки продувочной воды является ее выпаривание, осуществляемое обычно в испарителе [1]
К недостаткам аппарата относится наличие ограничений на параметры питательной воды (необходимость поддержания степени недогрева питательной воды испарителя в узком диапазоне) и режим эксплуатации (ограничения диапазона производительностей испарителя, связанные со снижением эффективности работы парораспределительного и паропромывочного узлов при частичных нагрузках), обусловленные критериями работоспособности испарителя.

Известно паропромывочное устройство, предназначенное для работы в широком диапазоне паровых нагрузок и содержащее установленные с зазором лотки, расположенный под зазором колпак с наклонной в виде скатов верхней стенкой и обращенными вниз закраинами, установленные над лотками с наклоном перфорированные листы, верхние кромки которых примыкают к закраинам колпака, а нижние к боковым периферийным стенкам лотков [2] Известна система термической очистки перегретой продувочной воды энергетической установки, включающая расширитель, испаритель и конденсатосборник, а также трубопроводы для транспортировки исходной воды, вторичного пара, сепарата, упаренного раствора, греющего пара и его конденсата [3 прототип]
Недостатком системы является наличие нескольких аппаратов для реализации в каждом одного из совокупности взаимосвязанных технологических процессов, вследствие чего известное решение обуславливает сложную структуру технологической схемы, большую металлоемкость и габариты оборудования, трудности управления технологическими процессами на переменных режимах работы. Кроме того, применение в качестве установленного над греющей секцией испарителя известного устройства паропромывки является неэффективным из-за его повышенного гидравлического сопротивления паровому потоку с учетом реального графика нагрузок испарителя как аппарата непрерывного действия.

Важно отметить, что поддержание водно-химического режима рабочей среды парогенерирующей установки осуществляется при непрерывной работе системы очистки с заданными и отличающимися в 2 3 раза расходами продувочной воды, при этом основными критериями назначения являются высокие требования к показателям качества вторичного пара ограничения на значения удельной электропроводимости, концентрации ионов натрия, хлора, сульфитов, кремниевой кислоты и т.д. Вместе с тем, взаимосвязь системы очистки с технологическими системами турбоустановки обуславливает зависимость давления вторичного пара от нагрузки турбоустановки, которая в процессе эксплуатации может изменяться в диапазоне (0,3 1,0) номинальной. Таким образом, для системы очистки характерными являются переменные режимы работы по паропроизводительности и условиям эксплуатации, что должно учитываться при выборе решения.

Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции выпарного аппарата для очистки перегретой продувочной воды парогенерирующей установки атомной электростанции, в котором реализуются все основные и вспомогательные технологические процессы расширение продувочной воды, разделение компонентов образовавшейся пароводяной смеси, выпаривание концентрата, распределение по сечению аппарата и сепарации вторичного пара, сбора и отвода конденсата греющего пара и упаренного раствора, при этом аппарат должен обеспечить требуемые показатели качества вторичного пара во всем диапазоне заданных нагрузок.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является упрощение технологической схемы и снижение массогабаритных характеристик оборудования, обеспечение эффективного управления технологическими процессами на переменных режимах работы и высоких показателей качества вторичного пара во всем диапазоне заданных нагрузок.

Поставленная задача обеспечивается выполнением выпарного аппарата для очистки продувочной воды парогенерирующей установки атомной электростанции, содержащего узлы подвода продувочной воды, выпаривания концентрата, распределения по сечению аппарата генерируемого пара, сепарации и отвода вторичного пара, сбора и отвода упаренного раствора, а также патрубки подвода продувочной воды и греющего пара, отвода вторичного пара, упаренного раствора и конденсата греющего пара, согласно изобретению аппарат снабжен узлом разделения компонента пароводяной смеси и узлом непрерывной подачи продувочной воды с участка ее существования в виде отделенного компонента пароводяной смеси в барботажный слой узла промывки и распределения генерируемого пара, которые вместе с узлом подвода продувочной воды расположены в паровом пространстве аппарата под узлом сепарации вторичного пара, а также совмещенным узлом промывки и распределения генерируемого в узле выпаривания концентрата вторичного пара в виде погруженного дырчатого листа, имеющего форму усеченного конуса или усеченной многогранной пирамиды. Кроме того, узел непрерывной подачи продувочной воды после узла разделения компонентов пароводяной смеси на узел промывки и распределения генерируемого пара содержит установленный на внутренней стенке корпуса кольцевой короб, расположенную в центре аппарата под погруженным дырчатым листом цилиндрическую обечайку, соединяющие короб и обечайку сливной трубы, количество и диаметр которых определяются из условия подачи всей продувочной воды при заданных нагрузках и возможных режимах работы аппарата, также узел промывки и распределения по сечению аппарата генерируемого вторичного пара в виде погруженного дырчатого листа содержит центральную плоскую часть и периферийную, установленную под углом к центральной части, пропускные способности центральной части и всего дырчатого листа определяются из условия обеспечения непровального режима работы при заданных соответственно минимальной и максимальной паропроизводительностях узла выпаривания концентрата.

Таким образом, используемые в предлагаемых решениях узлы, их взаимное расположение и условия выбора размеров обуславливают следующие особенности выпарного аппарата:
реализация всех основных и вспомогательных технологических процессов термической очистки продувочной воды парогенерирующей установки осуществляется в одном выпарном аппарате, при этом поддержание заданной производительности выполняется с помощью регулятора нагрузки, представляющего собой совокупность локальных автоматических систем регулирования расхода продувочной воды, давления греющего пара, уровней концентрата и конденсата греющего пара, расхода упаренного раствора;
принятое конструктивное решение узла парораспределения и паропромывки обеспечивает согласование его пропускной способности с паровой нагрузкой узла выпаривания концентрата, которое реализуется путем автоматического изменения в заданном диапазоне пропускной способности центральной и работающей зоны периферийной части дырчатого листа, что позволяет осуществить на всех нагрузках аппарата расчетный непровальный режим работы дырчатого листа, равномерное по сечению аппарата распределение пара и минимальный унос капельной влаги с поверхности зеркала испарения барботажного слоя воды;
формирование и поддержание барботажного слоя воды над центральной и периферийной частями погруженного дырчатого листа с помощью узла непрерывной подачи продувочной воды, солесодержание которой существенно меньше солесодержания выпариваемого концентрата, обеспечивает одновременно с процессом парораспределения качественную промывку пара, генерируемого в узле выпаривания концентрата.

На фиг.1 представлен продольный разрез аппарата, разрез А-А; на фиг.2 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1.

Выпарной аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с верхним и нижнем днищами 2, патрубки подвода продувочной воды 3, патрубок подвода греющего пара 4, патрубок отвода вторичного пара 5, патрубок отвода упаренного раствора 6, патрубок отвода конденсата греющего пара 7, узел сепарации и отвода вторичного пара, включающий сепаратор 8, камеру 9 сбора и отвода вторичного пара, узел разделения пароводяной смеси, включающий патрубки 10 входа продувочной воды, направляющую обечайку 11, кольцевой канал 12, узел подачи воды в узел промывки и распределения генерируемого вторичного пара, включающий камеру сбора 13 продувочной воды в виде кольцевого короба, трубопроводы слива 14 и камеру распределения 15 продувочной воды в виде цилиндрической обечайки, узел промывки и распределения генерируемого вторичного пара, включающий центральную 16 и периферийную 17 части погруженного дырчатого листа с отбортовкой 18, узел выпаривания концентрата, включающий греющую секцию 19, опускную щель 20, пучок вертикальных труб 21, цилиндрическую обечайку 22, верхнюю трубную доску 23, трубопровод 24 подвода греющего пара, нижнюю трубную доску 25, узел сбора и отвода упаренного раствора, включающий трубопровод 26 отвода конденсата греющего пара, камеру сбора и отвода 27 упаренного раствора из аппарата.

Внутри корпуса 1 аппарата на верхнем днище 2 расположен сепаратор 8 и камера 9 сбора и отвода вторичного пара, под ними в паровом пространстве аппарата патрубки 10 входа продувочной воды, установленные с наклонным тангенциальным вводом в кольцевой канал 12, который образован направляющей обечайкой 11 узла разделения компонентов пароводяной смеси. В нижней части парового пространства корпуса 1 аппарата установлена камера сбора 13 продувочной воды, под которой соосно с корпусом 1 расположена камера распределения 15 воды и соединяющие указанные камеры трубопроводы слива 14 с тангенциальным вводом воды в камеру распределения 15.

В водном пространстве корпуса 1 аппарата установлена греющая секция 19 в виде заключенного в цилиндрическую обечайку 22 пучка вертикальных труб 21, которая отделена от корпуса 1 впускной щелью 24 подвода греющего пара, а через нижнюю трубную доску 25 с трубопроводом 26 отвода конденсата греющего пара. Над греющей секцией 19 расположен погруженный дырчатый лист в форме усеченного конуса или усеченной многогранной пирамиды, имеющий центральную плоскость 16 и периферийную наклонную 17 части и отбортовку 18. В нижней части водяного пространства корпуса 1 аппарата расположена камера сбора и отвода 27 упаренного раствора.

Выпарной аппарат работает следующим образом.

Продувочная вода, перегретая по отношению к давлению среды в паровом пространстве аппарата, через патрубки 10 поступает в кольцевой канал 12, где происходит ее расширение и частичное самоиспарение, далее вода стекает по стенке корпуса в кольцевую камеру сбора 13 и через трубопроводы слива 14 и камеру распределения 15 поступает и равномерно распределяется по поверхности погруженного дырчатого листа части 16 и 17, а образовавшийся при самоиспарении воды вторичный пар поступает через паровое пространство аппарата в сепаратор 8 и далее из камеры сбора 9 через патрубок 5 отводится к потребителям. Генерация пара в узле выпаривания концентрата осуществляется внутри труб пучка 21, являющегося тяговым участком контура естественной циркуляции, за счет теплоты парообразования греющего пара, поступающего в межтрубное пространство греющей секции 19 по трубопроводу 24, а отвод конденсата греющего пара производится через трубопровод 26. Отвод упаренного раствора, образующегося в процессе выпаривания концентрата, осуществляется из камеры сбора и отвода 27. Генерируемый в греющей секции 19 пар поступает в сформированную с помощью центральной 16 и периферийной 17 частей дырчатого листа и отбортовки 18 паровую подушку и далее через отверстия в листе и барботажный слой, образованный потоком поступающей из камеры распределения 15 продувочной воды, в паровое пространство аппарата, где объединяется с паровой средой, образовавшейся в результате самоиспарения продувочной воды.

Изменение параметра (давления) греющего пара и расхода упаренного раствора, а также поддержание заданных уровней концентрата и конденсата греющего пара в эксплуатационных режимах работы аппарата осуществляется с помощью локальных автоматических систем регулирования названных параметров.

При возрастании, например, паропроизводительности греющей секции 19 увеличиваются давление пара в паровой подушке и объем последней. В результате увеличивается площадь соприкосновения паровой подушки с поверхностью периферийной части 17 дырчатого листа, что приводит к такому изменению пропускной способности узла парораспределения, при котором основная часть приращения расхода генерируемого пара с учетом работы автоматической системы регулирования уровня концентрата в аппарате будет проходить через включенные в работу отверстия периферийной части 17 дырчатого листа. Большая степень саморегулирования узла парораспределения обеспечивает узкий диапазон изменения удельной паровой нагрузки дырчатого листа при всех нагрузках и режимах работы аппарата. Это свойство совместно с формированием барботажного слоя воды с помощью узла подачи продувочной воды на узел паропромывки предопределяют эффективность работы узла распределения и промывки вторичного пара и, следовательно, обеспечивают высокие показатели качества последнего.

Пример. Выполнить конструкторский расчет и оценить теплогидравлические характеристики выпарного аппарата при следующих исходных данных:
Продувочная вода (в парогенераторе)
Давление, МПа 7,2
Температура, К 560
Расход, кг/с 15
Солесодержание, мг/кг 1,0
Греющий пар
Давление, МПа 1,98
Температура, К 484
Вторичный пар
Давление, МПа 1,42
Температура, К 468
Основные результаты расчета:
Выпарной аппарат
Высота, м 10
Диаметр, м 2,85
Площадь греющей секции, м•м 1027,0
Высота парового пространства, м 3,38
Греющий пар
Расход, кг/с 12,3
Вторичный пар
Солесодержание, мкг/кг 0,3
Упаренный раствор
Расход, кг/с 0,15
Солесодержание, г/кг 0,1
Полученные результаты и, в частности, достигнутое качество вторичного пара свидетельствуют об эффективности работы выпарного аппарата.

Источники информации.

1. Стерман Л.С. и Покровский В.Н. Физические и химические методы обработки воды на ТЭС. М. Энергоатомиздат, 1991, (с. 198, 308, 315).

2. Авторское свидетельство СССР N 1070377, кл. F 22 B 37/22, 1984/
3. Кульский Л.А. Страхов Э.Б. и др. Очистка вод атомных электростанций. Киев: Наукова думка, 1979, с. 55.

Использование: изобретение позволяет осуществлять термическую очистку солесодержащих жидкостей, перегретых по отношению к давлению среды в паровом пространстве аппарата, и обеспечивать требуемые показатели качества вторичного пара при всех возможных его давлениях и в широком диапазоне нагрузок. Сущность изобретения: внутри корпуса выпарного аппарата на верхнем днище расположен сепаратор и камера сбора и отвода вторичного пара, а под ними в паровом пространстве аппарата - патрубки входа продувочной воды. В нижней части парового пространства корпуса аппарата установлена камера сбора продувочной воды, под которой соосно с корпусом расположена камера распределения воды. В водном пространстве корпуса аппарата установлена греющая секция в виде заключенного в цилиндрическую обечайку пучка вертикальных труб. Над греющей секцией расположен погруженный дырчатый лист в форме усеченного конуса или усеченной многогранной пирамиды, имеющей центральную полость, периферийную наклонную часть и отбортовку. В нижней части водяного пространства корпуса аппарата расположена камера сбора и отвода упаренного раствора. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Выпарной аппарат для очистки продувочной воды парогенерирующей установки атомной электростанции, содержащий узлы подвода продувочной воды, выпаривания концентрата, промывки и распределения генерируемого вторичного пара, сепарации и отвода вторичного пара, сбора и отвода упаренного раствора, патрубки подвода продувочной воды и греющего пара, отвода вторичного пара, упаренного раствора и конденсата греющего пара, отличающийся тем, что он снабжен узлом разделения пароводяной смеси и узлом подачи воды в узел промывки и распределения генерируемого вторичного пара, которые вместе с узлом подвода продувочной воды расположены в паровом пространстве аппарата под узлом сепарации вторичного пара, при этом узел промывки и распределения генерируемого вторичного пара выполнен совмещенным в виде погруженного дырчатого листа, имеющего форму усеченного конуса или усеченной многогранной пирамиды. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что узел подачи воды после узла разделения компонентов пароводяной смеси в узел промывки и распределения генерируемого вторичного пара содержит установленный на внутренней стенке корпуса кольцевой короб, расположенную в центре аппарата над погруженным дырчатым листом цилиндрическую обечайку, соединяющие короб и обечайку сливные трубы, количество и диаметр которых определяют из условия подачи всей продувочной воды при заданных нагрузках и возможных режимах работы аппарата. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что узел промывки и распределения генерируемого вторичного пара в виде погруженного дырчатого листа содержит центральную плоскую часть и периферийную, установленную под углом к центральной части, пропускные способности центральной части и всего дырчатого листа определяют из условия обеспечения непровального режима работы при заданных соответственно минимальной и максимальной паропроизводительностях узла выпаривания концентрата.