Смешивающий теплообменник сверхвысокого давления для подогрева питательной воды аэс

 

Изобретение предназначено для подогрева питательной воды и может быть использовано на атомных электростанциях. Теплообменник содержит вертикальный цилиндрический корпус, патрубок для подвода греющей среды к нагревательному отсеку, расположенный на боковой поверхности указанного отсека и соединенный с расположенной внутри него перфорированной трубой, патрубок для подвода нагреваемой жидкости, расположенный по оси корпуса и выполненный в виде трубного отрезка, свободный конец которого перфорирован и введен внутрь нагревательного отсека корпуса, патрубок для отвода вентиляционного пара, имеющий в своей трубной части диаметр, превышающий диаметр трубного отрезка патрубка для подвода нагреваемой жидкости, и расположенный коаксиально с ним. На части указанного трубного отрезка, выступающего за пределы корпуса, или в любом месте на части соединенного с указанным трубным отрезком трубопровода для подачи нагреваемой жидкости установлен смешивающий теплообменник первой ступени нагрева, выполненный в виде рубашки, охватывающей указанную часть трубного отрезка или трубопровода, с отдельным патрубком для подвода греющей среды, причем трубный участок внутри рубашки перфорирован. Изобретение обеспечивает повышение эффективности теплообмена и надежности работы. 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для подогрева питательной воды на атомной электростанции (АЭС).

Для некоторых типов АЭС одним из технических условий создания тепловой схемы для выработки пара сверхвысокого давления (давления, выше давления в критической точке на линии насыщения) является поддержание постоянным в заданных пределах достаточно высокого значения (350^oС) температуры питательной воды на входе в реактор. Для этого желательно использовать смешивающий теплообменник (подогреватель) питательной воды (СППВ), установив его после последнего по ходу питательной воды поверхностного, подогревателя высокого давления (ПВД). В качестве греющей и стабилизирующей давление среды в СППВ может подаваться влажный пар, отработавший в паро-паровом теплообменнике (ППТО), предназначенном для промежуточного перегрева пара после цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины.

Известен выбранный в качестве прототипа изобретения смешивающий парожидкостный теплообменник, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, имеющий нагревательный и накопительный отсеки с примыкающими к нагревательному отсеку патрубками для подвода греющей среды, нагреваемой жидкости и отвода вентиляционного пара [1]. Этот теплообменник предназначен для использования в качестве смешивающего подогревателя низкого давления (ПНД) в системах регенеративного подогрева основного конденсата отборным паром на паротурбинных тепловых электростанциях (ТЭС). Обычно в смешивающих теплообменниках низкого давления такого типа применяется безнапорное струйное двухступенчатое водораспределение. Замена его в [1] на напорное одноступенчатое водораспределение при противотоке с греющим паром позволило уменьшить габариты нагревательного отсека и исключить вынужденное ограничение по величине скорости набегающего потока греющей среды (отборного пара). Однако при высоком и сверхвысоком давлении греющего пара из-за опасности нарушения вследствие высокой плотности пара, гидродинамической устойчивости аппарата и появления гидродинамических ударов с возможным разрушением водораспределительных устройств противопоказано не только струйное двухступенчатое водораспределение, но и противоток при напорном водораспределении.

Задачей изобретения является обеспечение эффективного теплообмена при высокой надежности работы СППВ.

Указанная задача достигается тем, что в смешивающем теплообменнике, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, имеющий нагревательный и накопительный отсеки с примыкающими к нагревательному отсеку патрубками для подвода греющей среды, нагреваемой жидкости и отвода вентиляционного пара, согласно изобретению патрубок для подвода греющей среды к нагревательному отсеку расположен на боковой поверхности указанного отсека и соединен с расположенной внутри него перфорированной трубой, патрубок для подвода нагреваемой жидкости расположен по оси корпуса и выполнен в виде трубного отрезка, свободный конец которого перфорирован и введен внутрь нагревательного отсека корпуса, патрубок для отвода вентиляционного пара имеет в своей трубной части диаметр, превышающий диаметр трубного отрезка патрубка для подвода нагреваемой жидкости, и расположен коаксиально с ним, а на части указанного трубного отрезка, выступающего за пределы корпуса, или в любом месте на части соединенного с указанным трубным отрезком трубопровода для подачи нагреваемой жидкости установлен смешивающий теплообменник первой ступени нагрева, выполненный в виде рубашки, охватывающей указанную часть трубного отрезка или трубопровода, с отдельным патрубком для подвода греющей среды, причем трубный участок внутри рубашки перфорирован.

На чертеже в продольном разрезе схематически показан смешивающий теплообменник согласно изобретению. Теплообменник содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, имеющий нагревательный и накопительный отсеки 2 и 3 соответственно с примыкающими к нагревательному отсеку 2 патрубками 4, 5, 6 соответственно для подвода греющей среды, нагреваемой жидкости и отвода вентиляционного пара (выпара). Патрубок 4 для подвода греющей среды к нагревательному отсеку 2 расположен на боковой поверхности указанного отсека и соединен с расположенной внутри него перфорированной трубой 7. Патрубок 5 для подвода нагреваемой жидкости расположен по оси корпуса 1 и выполнен в виде трубного отрезка, свободный конец 8 которого перфорирован и введен внутрь нагревательного отсека 2 корпуса 1. На части указанного трубного отрезка, выступающего за пределы корпуса 1, установлен смешивающий теплообменник первой ступени нагрева, выполненный в виде охватывающей часть трубного отрезка рубашки 9 с отдельным патрубком 10 подвода греющей среды, причем часть трубного отрезка внутри рубашки 9 имеет перфорацию 11. Установленный в верхней части корпуса 1 патрубок 6 для отвода выпара имеет в своей примыкающей к корпусу 1 трубной части 12 диаметр D₁, превышающий диаметр D₂ трубного отрезка патрубка 5 для подвода нагреваемой жидкости, и расположен коаксиально с ним. Линии 13, 14, оборудованные регулирующими клапанами соответственно 15, 16, служат для подачи в качестве греющей среды влажного пара (пароводяной смеси) от паропровода отработавшего в ППТО острого пара (на чертеже не показаны). Линия 17 с регулирующим клапаном 18 служит для отвода выпара в конденсатор турбины (на чертеже не показаны). Смешивающий теплообменник первой ступени нагрева с элементами 9, 10, 11 может быть установлен не обязательно в пределах трубного отрезка патрубка 5, но и в любом месте трубопровода 19 нагреваемой жидкости.

Работа смешивающего теплообменника согласно изобретению применительно к условиям АЭС происходит следующим образом. Нагреваемая жидкость, в качестве которой используется питательная вода из последней ступени ПВД, подается по трубопроводу 19 к соответствующему патрубку 5 и проходит по его трубному отрезку, выливаясь в накопительный отсек 3 корпуса 1 через открытый торец и перфорацию свободного конца 8 указанного трубного отрезка. В качестве греющей среды используется пароводяная смесь (ПВС) сверхвысокого давления от отработавшего острого пара в ППТО, предназначенном для промежуточного перегрева пара после ЦВД паровой турбины. Греющая ПВС подается в теплообменник двумя параллельными потоками по линиям 13, 14. В смешивающем теплообменнике первой ступени нагрева греющая ПВС, имеющая более высокое давление по сравнению с нагреваемой питательной водой, смешивается с ней, проходя через перфорацию 11 внутрь трубного отрезка патрубка 5. Во второй ступени нагрева, реализуемой в нагревательном отсеке 2 корпуса 1 основного теплообменника в случае недогрева воды в первой ступени, теплообмен осуществляется при смешении недогретой воды с греющей ПВС, выходящей из трубы 7. По линии 17, оборудованной регулирующим клапаном 18, из верхней части нагревательного отсека 2 производится непрерывный отвод выпара. При снижении давления в теплообменнике ниже установленного предельно допустимого воздействуют в сторону большего открытия на регулирующие клапаны 15, 16 на подводе греющей ПВС, а при повышении давления сверх допустимого - в ту же сторону на клапан 18 на линии 17 отвода выпара. Это позволяет надежно поддерживать в заданных пределах температуру и давление питательной воды в накопительном отсеке 3. Вынесение теплообменника предварительного (первой ступени) нагрева за пределы массивного толстостенного корпуса 1 позволяет существенно упростить его конструкцию и уменьшить габариты, так как рубашка 9 такого теплообменника может быть установлена в любом месте на трубопроводе 19 питательной воды.

К преимуществам данного теплообменника (подогревателя) можно отнести отсутствие в нем сложных внутренних устройств, кроме труб 7 и 8, которые могут быть легко удалены и заменены через соответствующие патрубки, что существенно упрощает ремонтные работы внутри корпуса. При этом уменьшается и объем нагревательного отсека 2, что позволяет увеличить запас воды в корпусе, повышая тем самым надежность работы откачивающего из теплообменника воду питательного насоса (на чертеже не показан). Простота конструкции, отсутствие гидравлических ударов, эффективный теплообмен и надежность работы являются несомненными достоинствами данного теплообменника.

Источники информации: 1. Полезная модель РФ 13832, МКИ F 22 D 1/32, 24.02.2000.

Формула изобретения

Смешивающий парожидкостный теплообменник, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, имеющий нагревательный и накопительный отсеки с примыкающими к нагревательному отсеку патрубками для подвода греющей среды, нагреваемой жидкости и отвода вентиляционного пара, отличающийся тем, что патрубок для подвода греющей среды к нагревательному отсеку расположен на боковой поверхности указанного отсека и соединен с расположенной внутри него перфорированной трубой, патрубок для подвода нагреваемой жидкости расположен по оси корпуса и выполнен в виде трубного отрезка, свободный конец которого перфорирован и введен внутрь нагревательного отсека корпуса, патрубок для отвода вентиляционного пара имеет в своей трубной части диаметр, превышающий диаметр трубного отрезка патрубка для подвода нагреваемой жидкости, и расположен кооксиально с ним, а на части указанного трубного отрезка, выступающего за пределы корпуса, или в любом месте на части соединенного с указанным трубным отрезком трубопровода для подачи нагреваемой жидкости установлен смешивающий теплообменник первой ступени нагрева, выполненный в виде рубашки, охватывающей указанную часть трубного отрезка или трубопровода, с отдельным патрубком для подвода греющей среды, причем трубный участок внутри рубашки перфорирован.

РИСУНКИ

Рисунок 1