RU88774U1 - TURBINE SEPARATOR-STEAM HEATER OF NUCLEAR POWER PLANT - Google Patents

Abstract

Сепаратор-пароперегреватель турбины атомной электрической станции, включающий корпус, в котором размещены сепаратор и пароперегреватель, содержащий пучки теплообменных труб, объединенные посредством концевых камер, выполненных в виде полых прямоугольных параллелепипедов, в кассеты прямоугольного сечения, установленные в корпусе параллельно его продольной оси, при этом боковые грани концевых камер примыкают друг к другу, отличающийся тем, что кассеты пароперегревателя сгруппированы в один блок, сепаратор установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани пароперегревателя со стороны входа нагреваемого пара, при этом высота и ширина сепаратора соответствуют высоте и ширине указанной грани пароперегревателя.A separator-superheater of a turbine of a nuclear power plant, comprising a housing in which a separator and a superheater are arranged, containing bundles of heat exchange tubes, connected by end chambers made in the form of hollow rectangular parallelepipeds, into rectangular cartridges installed in the housing parallel to its longitudinal axis, while the side faces of the end chambers are adjacent to each other, characterized in that the superheater cassettes are grouped in one unit, the separator is installed vertically in -plane parallel to the side face on the inlet side of superheater heated steam, wherein the width and height correspond to the height of the separator and the width of said faces superheater.

Description

Полезная модель относится к области сепарации и перегрева пара и может быть применена для турбин атомных электрически станций, работающих на насыщенном паре.The utility model relates to the field of steam separation and superheating and can be applied to turbines of atomic power plants operating on saturated steam.

Известен сепаратор-пароперегреватель (СПП), содержащий вертикальный корпус, размещенные в верхней части корпуса пароперегреватель, а под последним - сепарационные пакеты, центральную пароотводящую трубу, образующую со стенками корпуса входную кольцевую камеру с патрубком подвода парожидкостной смеси, коллектор подвода пара в сепарационные пакеты, патрубки для отвода пара в крышке и для жидкости в днище; входная кольцевая камера размещена между пароперегревателем и сепарационными пакетами, а коллектор подвода пара в последние образован стенками корпуса и торцами пакетов, SU 1206549.Known separator-superheater (SPP), comprising a vertical housing, a superheater located in the upper part of the housing, and under the latter are separation packets, a central steam outlet pipe, forming an inlet annular chamber with a housing for supplying a vapor-liquid mixture, a manifold for supplying steam to the separation packets, nozzles for removing steam in the cover and for liquid in the bottom; an inlet annular chamber is located between the superheater and separation bags, and the collector for supplying steam to the latter is formed by the walls of the housing and the ends of the bags, SU 1206549.

В данном устройстве содержатся пучки теплообменных труб с продольным обтеканием их паром. Это обстоятельство обусловливает низкий коэффициент теплоотдачи и, соответственно, малую эффективность устройства.This device contains bundles of heat exchange tubes with a longitudinal stream of steam around them. This circumstance leads to a low heat transfer coefficient and, accordingly, low efficiency of the device.

Известен СПП турбины атомной электростанции, включающий корпус, в котором размещены сепаратор и пароперегреватель, содержащий пучки теплообменных труб, объединенные посредством концевых камер полусферической формы в кассеты и имеющие прямоугольное, в частности, квадратное сечение; кассеты установлены в корпусе параллельно его продольной оси. Кассеты находятся на расстоянии друг от друга, установлены радиально, то есть, не примыкают друг к другу боковыми гранями, US 4683842.Known SPP turbines of a nuclear power plant, comprising a housing in which a separator and a superheater are arranged, containing bundles of heat exchange tubes, connected by hemispherical end chambers into cassettes and having a rectangular, in particular square section; cassettes are installed in the housing parallel to its longitudinal axis. The cassettes are spaced apart from one another, mounted radially, that is, do not adjoin each other with lateral faces, US 4,683,842.

В данном устройстве обеспечивается поперечное обтекание теплообменных труб паром, что существенно повышает коэффициент теплоотдачи и, соответственно, эффективность устройства.This device provides a transverse flow around the heat exchanger tubes with steam, which significantly increases the heat transfer coefficient and, accordingly, the efficiency of the device.

Однако полусферическая форма концевых камер пучков теплообменных труб не позволяет обеспечить компактное (без промежутков) сопряжение пучков труб друг с другом. Это приводит к уменьшению площади теплообменной поверхности, размещаемой в определенном объеме корпуса и уменьшению ширины пучков труб, что не позволяет обеспечить требуемую температуру перегрева пара без увеличения объема корпуса пароперегревателя, а также приводит к увеличению скорости пара и гидравлического сопротивления в пароперегревателе.However, the hemispherical shape of the end chambers of the bundles of heat exchange pipes does not allow for compact (without gaps) pairing of the tube bundles with each other. This leads to a decrease in the area of the heat exchange surface placed in a certain volume of the casing and to a decrease in the width of the tube bundles, which does not allow the required temperature of superheating of steam to be achieved without increasing the volume of the superheater casing, and also leads to an increase in steam speed and hydraulic resistance in the superheater.

Известен СПП турбины атомной электрической станции, включающий корпус, в нижней части которого размещен сепаратор; сепаратор размещен под пароперегревателем, содержащем пучки теплообменных труб, объединенных посредством концевых камер в кассеты и имеющие прямоугольное сечение; кассеты установлены в корпусе параллельно его продольной оси, концевые камеры кассет выполнены в виде полых прямоугольных параллелепипедов, кассеты сгруппированы в два блока прямоугольного сечения, при этом боковые грани концевых камер каждого из блоков примыкают друг к другу, причем обращенные друг к другу грани блоков параллельны между собой, RU 54271 U1.Known SPP turbine nuclear power plant, comprising a housing in the lower part of which is located a separator; the separator is placed under a superheater containing bundles of heat-exchange tubes, united by end chambers into cassettes and having a rectangular section; the cassettes are installed in the housing parallel to its longitudinal axis, the end chambers of the cassettes are made in the form of hollow rectangular parallelepipeds, the cassettes are grouped into two blocks of rectangular cross section, while the side faces of the end chambers of each of the blocks are adjacent to each other, and the faces of the blocks facing each other are parallel between itself, RU 54271 U1.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.This technical solution was made as a prototype of this utility model.

Устройство-прототип позволяет обеспечить компактное сопряжение пучков труб и увеличить ширину пучков и площадь теплообменной поверхности. Однако, то обстоятельство, что кассеты пароперегревателя сгруппированы в два блока, размещенных на расстоянии друг от друга, обусловливает возможность установки сепаратора только под пароперегревателем, поскольку другое место для размещения сепаратора в корпусе без увеличения его поперечного сечения отсутствует. В устройстве-прототипе сепаратор отнимает место у пароперегревателя, что ведет к снижению мощности (тепловой) устройства при неизменных размерах корпуса. При этом следует иметь ввиду, что увеличение размеров корпуса имитировано как условиями компоновки атомной электростанции, так и возможностями транспортировки.The prototype device allows for compact coupling of bundles of pipes and to increase the width of the bundles and the area of the heat exchange surface. However, the fact that the superheater cartridges are grouped in two blocks located at a distance from each other makes it possible to install the separator only under the superheater, since there is no other place to place the separator in the housing without increasing its cross section. In the prototype device, the separator takes away space from the superheater, which leads to a decrease in the power (thermal) of the device with constant housing dimensions. It should be borne in mind that the increase in the size of the hull is simulated both by the conditions of the layout of the nuclear power plant and by the possibilities of transportation.

Кроме того, недостатком прототипа является большое аэродинамическое сопротивление в тракте нагреваемого пара за счет наличия ряда поворотов в этом тракте, что также снижает его мощность.In addition, the disadvantage of the prototype is the large aerodynamic drag in the path of the heated steam due to the presence of a number of turns in this path, which also reduces its power.

Задачей настоящей полезной модели является увеличение мощности при сохранении размеров корпуса.The objective of this utility model is to increase power while maintaining the size of the case.

Согласно полезной модели в сепараторе-пароперегревателе турбины атомной электрической станции, включающем корпус, в котором размещены сепаратор и пароперегреватель, содержащем пучки теплообменных труб, объединенные посредством концевых камер, выполненных в виде полых прямоугольных параллелепипедов, в кассеты прямоугольного сечения, установленные в корпусе параллельно его продольной оси, при этом боковые грани концевых камер примыкают друг к другу, кассеты пароперегревателя сгруппированы в один блок, сепаратор установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани пароперегревателя со стороны входа нагреваемого пара, при этом высота и ширина сепаратора соответствуют высоте и ширине указанной грани пароперегревателя.According to a utility model, in a separator-superheater of a turbine of a nuclear power plant, comprising a housing in which a separator and a superheater are arranged, containing bundles of heat-exchange tubes combined by end chambers made in the form of hollow rectangular parallelepipeds, into rectangular cartridges installed in the case parallel to its longitudinal axis, while the side faces of the end chambers are adjacent to each other, the superheater cassettes are grouped into one unit, the separator is installed vertically on a plane parallel to the side face on the inlet side of superheater heated steam, wherein the width and height correspond to the height of the separator and the width of said faces superheater.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».The applicant has not identified technical solutions that are identical to the claimed utility model, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - продольный разрез СПП;figure 1 is a longitudinal section of the SPP;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;figure 2 is a section aa in figure 1;

на фиг.3 - продольный разрез кассеты;figure 3 is a longitudinal section of a cartridge;

на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3;figure 4 is a section bB in figure 3;

на фиг.5 - поперечный разрез двух соседних, сопряженных между собой кассет в увеличенном масштабе.figure 5 is a transverse section of two adjacent, interconnected cassettes in an enlarged scale.

Сепаратор-пароперегреватель турбины атомной электрической станции включает корпус 1, в котором размещены сепаратор 2 и пароперегреватель 3, содержащий пучки теплообменных труб 4, объединенных посредством концевых камер 5, выполненный в виде полых прямоугольных параллелепипедов, в кассеты 6, имеющие прямоугольное сечение; кассеты 6 установлены в корпусе 1 параллельно его продольной оси 7. Боковые грани концевых камер 5 примыкают друг к другу. Кассеты 6 пароперегревателя 3 сгруппированы в один блок. Со стороны сепаратора 2 установлена наклонная перегородка 8. Клиновидное пространство между перегородкой 8 и сепаратором 2 является коллектором 9 входа пара в сепаратор 2 и ограничено вверху перегородкой 10. Пространство между пароперегревателем 3 и корпусом 1 является коллектором 11 выхода пара из пароперегревателя 3. Кассеты 6 имеют боковые стенки 12 и 13, соединенные между собой по высоте пучка теплообменных труб 4 и стяжками 14. Зазор между боковыми стенками соседних кассет на входе пара в кассеты 6 из коллектора 9 перекрыт планками 15. К концевым камерам присоединены трубы 16 подвода греющего пара и трубы 17 отвода конденсата. Сепаратор 2 установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани 23 пароперегревателя 3 со стороны входа нагреваемого пара. Сепаратор 2 выполнен из пакетов сепарационных жалюзи 18. Высота и ширина сепаратора 2 соответствует с точностью до величины допуска высоте и ширине пароперегревателя 3. Сепаратор 2 соединен с трубами 19 слива сепарата. На корпусе 1 установлены патрубок 20 входа нагреваемого пара в СПП и патрубок 21 выхода из СПП перегретого пара. За патрубком 20 в корпусе размещена криволинейная перегородка 22.The separator-superheater of the turbine of a nuclear power plant includes a housing 1, in which a separator 2 and a superheater 3 are located, containing bundles of heat-exchange tubes 4, united by end chambers 5, made in the form of hollow rectangular parallelepipeds, into cartridges 6 having a rectangular section; cassettes 6 are installed in the housing 1 parallel to its longitudinal axis 7. The lateral faces of the end chambers 5 are adjacent to each other. Cassettes 6 superheater 3 are grouped in one block. On the side of the separator 2, an inclined partition 8 is installed. The wedge-shaped space between the partition 8 and the separator 2 is the collector 9 of the steam inlet to the separator 2 and is limited at the top of the partition 10. The space between the superheater 3 and the housing 1 is the collector 11 of the steam outlet from the superheater 3. The cassettes 6 have side walls 12 and 13, interconnected by the height of the bundle of heat exchange tubes 4 and ties 14. The gap between the side walls of adjacent cassettes at the steam inlet to the cassettes 6 from the manifold 9 is closed by strips 15. To the end chambers connected pipes 16 for supplying heating steam and pipes 17 for condensate drain. The separator 2 is mounted vertically in a plane parallel to the side face 23 of the superheater 3 from the input side of the heated steam. The separator 2 is made of packages of separation louvers 18. The height and width of the separator 2 corresponds, up to the tolerance, to the height and width of the superheater 3. The separator 2 is connected to the drain pipes 19 of the separator. On the housing 1, a nozzle 20 of the input of the heated steam in the SPP and a pipe 21 of the outlet from the SPP of the superheated steam are installed. Behind the pipe 20, a curved partition 22 is placed in the housing.

СПП работает следующим образом:NGN works as follows:

Влажный пар из цилиндра высокого давления паровой турбины (на чертежах не показана) через патрубок 20 входит в нижнюю часть СПП под криволинейной перегородкой 22, откуда пар поступает в коллектор 9 входа. Влажный пар, проходя через пакеты жалюзи 18, осушается, отсепарированная влага через трубы 19 слива сепарата отводится из СПП. Сухой пар из сепаратора 2 поступает в кассеты 6 пароперегревателя 3. В кассетах 6 нагреваемый пар проходит в пространстве между теплообменными трубами 4 и перегревается за счет тепла греющего пара, поступающего в теплообменные трубы 4. При этом в переднюю по ходу движения нагреваемого пара половину кассет (первая ступень перегрева) поступает греющий пар из отбора в цилиндре высокого давления, а в заднюю половину кассет (вторая ступень перегрева) - часть пара, подводимого в турбину. Из пароперегревателя перегретый пар поступает в коллектор 11, выходит из СПП через патрубок 21 и направляется к части низкого давления паровой турбины (на чертежах не показана). Конденсат греющего пара по трубам 17 отводится из СПП.Wet steam from the high pressure cylinder of a steam turbine (not shown in the drawings) through the pipe 20 enters the lower part of the SPP under the curved partition 22, from where the steam enters the inlet manifold 9. Wet steam passing through the packages of the blinds 18 is drained, the separated moisture through the drainage pipe 19 is removed from the SPP. Dry steam from the separator 2 enters the cassettes 6 of the superheater 3. In the cassettes 6, the heated steam passes in the space between the heat exchange pipes 4 and overheats due to the heat of the heating steam entering the heat exchange pipes 4. At the same time, in the front half of the cassettes in the front of the heated steam the first stage of overheating) heating steam comes from the selection in the high-pressure cylinder, and in the rear half of the cassettes (second stage of overheating) - part of the steam supplied to the turbine. From the superheater, superheated steam enters the manifold 11, leaves the SPP through the pipe 21 and is directed to the low pressure part of the steam turbine (not shown in the drawings). Condensate of heating steam through pipes 17 is discharged from the SPP.

Благодаря тому, что кассеты 6 пароперегревателя 3 сгруппированы в один блок, сепаратор 2 установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани пароперегревателя 3 со стороны входа нагревательного пара, увеличивается длина теплообменных труб 4, размещаемых в корпусе 1 при заданной его высоте. Вследствие этого увеличивается площадь теплообменной поверхности в объеме корпуса 1. Таким образом обеспечивается получение более высокой температуры перегрева пара при сохранении габаритов корпуса 1. Поскольку тракт нагреваемого пара от входа в сепаратор 2 до выхода из СПП становиться прямым и более коротким, уменьшается его аэродинамическое сопротивление.Due to the fact that the cassettes 6 of the superheater 3 are grouped into one unit, the separator 2 is mounted vertically in a plane parallel to the side face of the superheater 3 from the inlet of the heating steam, the length of the heat transfer tubes 4 placed in the housing 1 at a given height is increased. As a result of this, the heat-exchange surface area increases in the volume of the housing 1. Thus, a higher temperature of superheating of the steam is obtained while maintaining the dimensions of the housing 1. Since the path of the heated steam from the entrance to the separator 2 to the exit from the SPP becomes direct and shorter, its aerodynamic drag decreases.

При повышении температуры перегрева и уменьшении аэродинамического сопротивления повышается мощность СПП и, соответственно, увеличивается коэффициент полезного действия турбины и выработка электрической мощности. Расчеты вариантов СПП были проведены при использовании исходных технических требований на разработку СПП для турбоустановки К-1200-6,8/50 по проекту энергоблока АЭС-2006. При этом согласно данным разработчика турбины принимались следующие поправки величины электрической мощности при изменении параметров СПП:With an increase in the superheat temperature and a decrease in aerodynamic drag, the power of the SPP increases and, accordingly, the efficiency of the turbine and the generation of electric power increase. The calculations of the SPP options were carried out using the initial technical requirements for the development of the SPP for the K-1200-6.8 / 50 turbine unit under the design of the NPP-2006 power unit. At the same time, according to the data of the turbine developer, the following corrections of the electric power value were taken when changing the parameters of the SPP:

- При увеличении температуры перегрева пара за первой ступенью пароперегревателя на 10°С мощность увеличивается на 0,12%;- With an increase in the superheat temperature of the steam behind the first stage of the superheater by 10 ° С, the power increases by 0.12%;

- При увеличении температуры перегрева пара за второй ступенью пароперегревателя на 10°С мощность увеличивается на 0,133%;- With an increase in the superheat temperature of the steam behind the second stage of the superheater by 10 ° C, the capacity increases by 0.133%;

- При уменьшении гидравлического сопротивления СПП по перегреваемому пару на 1% мощность увеличивается на 0,12%;- When reducing the hydraulic resistance of the SPP over the superheated steam by 1%, the power increases by 0.12%;

Расчеты вариантов СПП выполнены при сохранении длины и диаметра корпуса СПП. Результаты расчетов приведены в таблице:The calculations of the NGN options were performed while maintaining the length and diameter of the NGN housing. The calculation results are shown in the table:

НаименованиеName РазмерностьDimension ВеличинаValue Полезная модельUtility model Прототип Ru 542710 U1Prototype Ru 542710 U1 РасходConsumption т/чt / h 1015.71015.7 1015.71015.7 ДавлениеPressure МПаMPa 0.57690.5769 0.57690.5769 ТемператураTemperature °С° C 157.3157.3 157.3157.3 Влажность на входе в СППHumidity at the entrance to the NGN %% 8.28.2 8.28.2 Влажность после сепаратораHumidity after the separator %% 0.30.3 0.30.3 Температура пара на выходеOutlet steam temperature °С° C 217.6217.6 212.3212.3 из I-й ступениfrom the 1st stage из II-й ступениfrom the second stage °С° C 274.6274.6 263.7263.7 Длина теплообменных трубHeat Exchanger Pipe Length ммmm 68806880 34963496 Количество теплообменных трубNumber of heat exchanger tubes штPC 62406240 88008800 Площадь теплообменной поверхностиHeat Exchange Surface м² m ² 82068206 58805880 Гидравлическое сопротивление СППSPP hydraulic resistance %% 2,612.61 3,143.14 Длина СППLength SPP ммmm 1342013420 1342013420 Диаметр корпуса (внутренний)Case Diameter (Inner) ммmm 42004200 42004200 Электрическая мощность одного энергоблокаElectric power of one power unit МВтMW 1203,31203.3 12001200 Повышение электрической мощностиIncrease electric power МВтMW 3,33.3 00

Claims (1)

Сепаратор-пароперегреватель турбины атомной электрической станции, включающий корпус, в котором размещены сепаратор и пароперегреватель, содержащий пучки теплообменных труб, объединенные посредством концевых камер, выполненных в виде полых прямоугольных параллелепипедов, в кассеты прямоугольного сечения, установленные в корпусе параллельно его продольной оси, при этом боковые грани концевых камер примыкают друг к другу, отличающийся тем, что кассеты пароперегревателя сгруппированы в один блок, сепаратор установлен вертикально в плоскости, параллельной боковой грани пароперегревателя со стороны входа нагреваемого пара, при этом высота и ширина сепаратора соответствуют высоте и ширине указанной грани пароперегревателя.

A separator-superheater of a turbine of a nuclear power plant, comprising a housing in which a separator and a superheater are arranged, containing bundles of heat exchange tubes, connected by end chambers made in the form of hollow rectangular parallelepipeds, into rectangular cartridges installed in the housing parallel to its longitudinal axis, while the side faces of the end chambers are adjacent to each other, characterized in that the superheater cassettes are grouped into one unit, the separator is installed vertically in -plane parallel to the side face on the inlet side of superheater heated steam, wherein the width and height correspond to the height of the separator and the width of said faces superheater.