автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Исследование и разработка водораспределительных устройств новых конструкций колонок термических деаэраторов для мощных энергоблоков

На правах рукописи

ЕГОРОВ Павел Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОЛОНОК ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕАЭРАТОРОВ ДЛЯ МОЩНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ

Специальность 05.14.14 -Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

б Ш

Санкт-Петербург 2013

005059599

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»).

Научный руководитель:

доктор технических наук Готовский Михаил Абрамович

(ОАО «НПО ЦКТИ», ведущий

научный сотрудник)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Суслов Вячеслав Александрович

(Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики)

кандидат технических наук Гринман Марк Иделевич

(ОАО «Комтек Энергосервис», начальник отдела проектирования и реконструкции энергоустановок)

Ведущее предприятие - ОАО «Силовые машины».

Защита диссертации состоится « 2Ц » Ш9 2013 г. в ^ ^ часов на заседании Диссертационного совета Д 520.023.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)

по адресу: 191167, г. Санкт-Петербург, ул. Атаманская, д. 3/6.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО «НПО ЦКТИ».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу Диссертационного совета ОАО «НПО ЦКТИ»: 191167, г. Санкт-Петербург, ул. Атаманская, д.3/6, факс: (812) 717-43-00, e-mail: general@ckti.ru

Автореферат разослан

« ^ $ » сЭП Р. 2013 г.

/

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат технических наук £ В.М. Ляпунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание отечественных энергоблоков мощностью 800 и 1200 МВт ТЭС и 1000 МВт АЭС привело к росту единичной производительности деаэраторов питательной воды до 3200 т/ч, а деаэрационных колонок до 2800 т/ч. При этом вертикальный габарит деаэрационных колонок и деаэраторов принятого конструктивного исполнения вырос соответственно до 7800 мм и 11100 мм. Это привело к увеличению металлоемкости деаэраторов и высоты деаэраторной этажерки машинного зала электростанции, усложнила условия обеспечения сейсмостойкости деаэрационной установки.

В связи с созданием новых энергоблоков АЭС мощностью 800, 1000 и 1200 МВт также изменились требования к деаэраторам питательной воды в сторону дальнейшего увеличения единичной производительности и допустимых тепловых нагрузок, повышения рабочего давления, работы деаэратора на скользящем давлении, снижения остаточной концентрации кислорода в питательной воде.

При принятой ранее конструктивной схеме деаэраторов дальнейшее увеличение их производительности при одновременном повышении рабочего давления практически невозможно.

С учетом принятых правительством РФ планов строительства ряда отечественных энергоблоков АЭС и ТЭС, весьма актуальной является задача создания новых, надежных и эффективных термических деаэраторов, в полной мере соответствующих условиям работы мощных современных турбоустановок.

Целью настоящей работы являлось исследование и разработка водораспределительных устройств для новых конструкций деаэрационных колонок термических деаэраторов, отвечающих современным требованиям и условиям работы турбоустановок мощных энергоблоков.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

- проведено исследование существующих конструкций деаэрационных колонок термических деаэраторов повышенного давления, выявлены их недостатки и сформулированы пути интенсификации процессов, протекающих в

деаэраторах и, в частности, использование конденсации пара на поверхности напорных струй и в парокапельных системах;

- выполнен комплексный анализ литературных источников, посвященных конденсации пара на поверхности струй и капель «холодной» воды;

- проведено исследование недостатков эмпирических корреляционных зависимостей для теплоотдачи к струям и разработана схема построения расчетной зависимости для локальных коэффициентов теплоотдачи, дающая возможность теоретически определить показатели степени для основных чисел подобия;

- разработаны конструкции низконапорных водораспределительных устройств, обеспечивающие повышение эффективности работы и снижение массогабаритных характеристик термических деаэраторов за счет интенсификации протекающих в них тепло- и массообменных процессов;

- выполнен анализ возможности применения бесколонкового термического деаэратора поставки КЛУи в схеме отечественной турбоустановки мощностью 1000 МВт на основе проведенных экспериментальных и расчетных исследований;

- проведено изучение вопросов, касающихся перехода на отечественную бесколонковую конструкцию термических деаэраторов большой производительности.

Научная новизна.

1. Предложена форма зависимости для теплоотдачи струи на основе подхода, предложенного В.Г.Левичем, отражающая характер взаимодействия потоков пара и воды около волновой поверхности раздела фаз и дающая возможность описать влияние чисел Вебера и Онезорге без привлечения опытных данных, что придает зависимости определенный физический смысл.

2. Показано, что использование в большинстве работ при построении корреляционных зависимостей для теплоотдачи осредненных по длине опытных значений параметров струи приводят к очевидным противоречиям, которые наглядно иллюстрируются в работе. В предлагаемой зависимости для коэффициента теплоотдачи используются локальные параметры струи, что

позволило учесть особенности начального участка струи, а в перспективе обеспечивает также возможность учета влияния относительной длины сопла.

3. Предложена упрощенная методика для определения теплоотдачи, которая дала возможность уточнить величины подогрева на участке распада струи.

4. Экспериментальные и расчетные исследования водораспределительного устройства (струйной форсунки) с переменным выходным сечением бесколонкового термического деаэратора показали, что коэффициент гидравлического сопротивления форсунки слабо зависит от температуры воды. Это позволяет на основе полученных результатов на холодной воде надежно оценить потери давления в любых рабочих режимах деаэратора.

Достоверность научных положений. Предложенная в настоящей работе расчетная методика для определения количественной зависимости локальной теплоотдачи от чисел Вебера и Онезорге позволяет расчетным путем получить кривые изменения локальной температуры струи, хорошо соответствующие данным прямых опытных замеров распределения температуры.

Полученные зависимости величины потерь давления от расхода воды водораспределительного устройства бесколонкового деаэратора построены на основании проведенных экспериментальных исследований. Достоверность полученных в ходе эксперимента данных обеспечивается правильностью и корректностью постановки задачи, надежностью выбранных средств и приборов измерения на специально созданном стенде.

Практическая ценность работы. Результаты настоящей работы использовались при создании новых конструкций термических деаэраторов большой производительности для Нововоронежской АЭС-2 (энергоблоки № 1, 2); Ленинградской АЭС-2 (энергоблоки №1, 2); АЭС «Куданкулам» в Индии (энергоблоки №1, 2); Белоярской АЭС (энергоблок № 4); Ростовской АЭС (энергоблоки №3,4).

Проведенными экспериментальными и расчетными исследованиями подтверждена возможность применения бесколонкового деаэратора поставки

КЛУи в схеме отечественной турбоустановки мощностью 1000 МВт энергоблока №1 АЭС «Бушер» в Иране.

В 2011-^-2013 гт. проводились приемо-сдаточные испытания энергоблока №1 АЭС «Бушер». В августе 2012 г. был освоен режим со 100% нагрузкой. Деаэратор работает надежно, обеспечивает необходимые нагрев и качество питательной воды.

Личный вклад автора. Автором проведен анализ противоречий, связанных с использованием при построении корреляционных зависимостей для теплоотдачи осредненных по длине параметров струи вместо локальных.

Автором предложена зависимость для локального коэффициента теплоотдачи, в которой учитываются особенности начального участка струи.

При разработке технических проектов новых деаэраторов повышенного давления для энергоблоков АЭС мощностью 800, 1000 и 1200 МВт автор:

- проводил конструктивные проработки и экспериментальные исследования моделей струйно-капельных водораспределительных устройств различного типа на гидравлическом стенде производительностью до 120 т/ч;

- участвовал в выборе профиля конструкции, вариантной проработке и исследованиях технических решений по основным узлам деаэраторов;

- выполнял теплогидравлические расчеты деаэрационных колонок;

- разрабатывал конструкторскую документацию;

- осуществлял авторский надзор на предприятиях-изготовителях и на площадках строящихся АЭС.

При непосредственном участии автора разработан и создан гидравлический стенд большой производительности (до 1300 т/ч), проведены экспериментальные и расчетные исследования водораспределительного устройства бесколонкового деаэратора энергоблока №1 АЭС «Бушер». Автором выполнены теплогидравлические расчеты, подтвердившие возможность применения деаэратора поставки К\¥и в схеме отечественной турбоустановки мощностью 1000 МВт. В соавторстве разработал ряд технических решений в конструкциях термических деаэраторов, которые защищены патентами РФ.

Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практическом семинаре «Ресурс и надежность тепломеханического оборудования энергетических и промышленных предприятий» (июнь 2005 г., Санкт-Петербург, Россия); на XIV Минском международном форуме по тепло- и массообмену (сентябрь 2012 г., Минск, Республика Беларусь).

Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре научные работы, из которых две - в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и получено шесть патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и восьми приложений. Общий объем

диссертации составляет_страниц, включая_рисунков и_таблиц, список

литературы включает_наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи, отмечена научная новизна предлагаемых зависимостей и проведенных исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе приведены классификация и требования, предъявляемые к термическим деаэраторам, выполнен анализ существующих конструкций водораспределительных устройств отечественных и зарубежных термических деаэраторов. Проведено сопоставление технических характеристик деаэраторов, примененных в составе турбоустановок мощностью 1000 МВт энергоблоков с реактором ВВЭР-1000: серийного колонкового деаэратора ДП-3200(2х1600)/185-А и бесколонкового деаэратора энергоблока №1 АЭС «Бушер».

Проведенный анализ конструкций водораспределительных устройств и сопоставление характеристик указанных деаэраторов позволили сделать вывод о том, что для интенсификации процессов тепло- и массообмена в конструкциях

термических деаэраторов целесообразно применение эффективных низконапорных струйных форсунок. Это дает возможность:

- обеспечить интенсивное дробление воды на струи и капли, создать дополнительную поверхность контакта водяной и паровой фаз, и, тем самым, повысить эффективность работы деаэратора;

- снизить вертикальный габарит и массу деаэратора;

- повысить единичную производительность;

- упростить конструкцию деаэратора.

Во второй главе приведены основные сведения о процессе деаэрации воды, выполнен анализ литературных источников, посвященных конденсации пара на поверхности струй и капель.

При рассмотрении известных теоретических работ С.С. Кутателадзе и Г.Н. Абрамовича указывается, что для описания теплопередачи авторами использовались характеристики турбулентности потока в цилиндрическом канале сопла и межфазная граница принималась гладкой и недеформируемой. Это приводит к отсутствию учета влияния поверхностного натяжения, которое фигурирует во всех эмпирических формулах. Не учитывалось в указанных работах также взаимодействие струи жидкости с паром.

Проблема расчета интенсивности теплоотдачи при конденсации разделяется на две части, соответствующие состоянию жидкой струи — конденсация на поверхности нераспавшейся части струи, происходящая на первой стадии движения струи, и конденсация пара на поверхности микрокапель, происходящая на второй стадии вплоть до полного распада струи. При анализе эмпирических формул для теплоотдачи при конденсации на струях рассматриваются две из них

- формула С. Кима и К. Миллса (1) и формула В.П.Исаченко (2):

Ыи = 3,2 Яе0 8 Оп °'38 Ргю(Ш„)-"-57 (1)

Ыи= 0,083 Ке0МРг°"кп п\Уеюз (Шоу0'59 (2)

где: ТЯи=аЛ/Л — число Нуссельта; Яе=рУс1 /¿и - число Рейнольдса; Оп =р/(с1сгр) 1/2

— число Онезорге; Рг=и/а — число Прандтля; Же=рУ2с1/сг- число Вебера; К=г 1ср(Тв- Т) - число фазового превращения, веденное С.С.Кутателаде; Ь -длина струи, м; с/о- выходной диаметр, м.

В диссертации показано, что некорректность формул (1) и (2), как и большинства других, состоит в том, что уравнения теплового баланса используются В форме:

срК5 — = -Пав (3)

ск

В частности, для круглой струи:

ср¥с1, — = -4ав (4)

ск

где: V— скорость, м/с; площадь, м2; в - относительный недогрев струи; х - продольная координата, м; 77— периметр, м; а — коэффициент теплоотдачи, Вт/м .

Для экспоненциального решения уравнения (4) локальное значение а обычно заменяют на осредненное. В результате появляются формулы с сильной зависимостью от длины струи, выраженной в степенной форме.

На рисунке 1 приводится иллюстрация некорректности такой формы обобщения. Линия 1 на этом рисунке показывает изменение относительного уменьшения разности температуры насыщения и температуры струи длиной х/У<т= 100 при постоянной величине коэффициента теплоотдачи, соответствующей решению уравнения (4). При этом она совпадает с кривой 1, по которой ведется условно интегрирование для получения среднего значения а. Однако, для остальных выбранных значений хМ условные кривые изменения температуры ведут себя иначе. Они показаны линиями, которые упираются в пунктирную кривую 2 в точках х/с1, равных 20, 40, 60 и 80. Таким образом, эти кривые распределения температуры ведут себя по-разному для каждой из выбранных длин. Очевидно, что кривая средней температуры струи должна вести себя одинаково вне зависимости от того, на каком участке определяется средняя по длине температура. Также очевидно, что кривая 2, описывающая изменение локальной температуры по длине струи, которое соответствует расчетным рекомендациям для средней теплоотдачи, не может быть приближенно описана экспонентой, т.к. она должна быть в полулогарифмических координатах близка к прямой линии.

е/9„ 0,4

0,2

0,1

0,04

\ V4 ч\

ч\

i

\

0 20 40 60 80 100 x/d 120

Рисунок 1 - Иллюстрация несовместимости использования решения для постоянного коэффициента теплоотдачи с реальной кривой изменения температуры по длине струи.

В главе 2 предлагается иной подход, когда в зависимости исходно учитывается влияние поверхностного натяжения. Для этого используется модель, предложенная В.Г.Левичем. Ее содержание кратко заключается в следующем.

Размер области затухания турбулентности у свободной поверхности Ь должен быть пропорционален поверхностному натяжению ст. Кроме того, он может зависеть лишь от плотности р и масштаба пульсационной скорости V. Тогда из соображений размерности следует, что:

сг

pv

(5)

что выражает баланс капиллярного давления и динамического напора. При этом:

• 2

pv '

v -у

<7

(6)

(7)

Используя условие Прандтля для толщины подслоя S0, vmyp6 к v, получим:

ОУ 10

Тогда коэффициент теплоотдачи можно записать как:

 Л

°0 ду

. ио

Масштаб пульсационной скорости V берется в выходном сечении сопла, где V = /8 . Если использовать для коэффициента сопротивления степенной закон

с показателем - к, то получим:

v=c1VRe'k/2

(10)

где V— средняя скорость на срезе сопла.

Подставляя соотношение (10) в выражение для теплоотдачи (9) и проводя тождественные преобразования, в критериальном виде получим:

Здесь п — 1,5£ « 0,2

В полученной зависимости (11) показатель степени для скорости равен 1,3;

т.е. имеет промежуточное значение между формулами (1) и (2), более близкое,

однако, к формуле В.П.Исаченко. Зависимость от поверхностного натяжения

здесь оказывается более сильной, чем в эмпирических формулах (1) и (2).

Интегрирование уравнения (11) проводилось без замены локальной

величины коэффициента теплоотдачи на осредненный, но с введением более

близкого к реальному распределения теплоотдачи по длине:

Смысл его выбора состоит в том, что на начальном участке скорость снижения теплоотдачи по длине ограничивается параметром с. Полученное решение можно записать в виде:

Предварительно предлагается использовать значения с = 10 и m = 0,5. Величина а0 может быть определена из полученной выше формулы (11). Таким образом, получаем:

Nu = С Ré1'" On 0 5 We °-25f(l/dj)

(П)

(12)

ln0 = _iSL —S.—[(^/c+i)1-™-i] ,где -f = Ç,

cpV 1 -m a.

(13)

Nu0 = 0,5 Ré1'" On as We

0,25

(14)

Для оценки справедливости предложенной зависимости использовались работы Д. Джонсона, С.Кима и К. Миллса, которые в какой-то степени подтверждают сформулированный здесь подход. Эти работы относятся к немногим, в которых уделялось внимание локальным эффектам. Результаты измерений температуры по оси струи приведены на рисунке 2 вместе с результатом расчета по формуле (14). Можно констатировать хорошее совпадение опытных и расчетных данных.

опытные данные сглаженная кривая линия насыщения расчет по формуле (14)

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 м

Рисунок 2 - Экспериментальные данные работы Д. Джонсона по распределению температуры по оси струи и сопоставление с расчетом по формуле (14). Входные параметры водяной струи: Б = 5 мм; Твх= 27°С; расход 1,26 10"4 м3/с; V = 6,42 м/с; Р = 0,33 МПа; Тн = 137°С; р0 = 992 кг/м3; ср = 4,28 кДж/кг К

Была также сделана попытка приближенно учесть теплоотдачу на участке распада струи. Для этого использовались результаты работы Ж.П.Челата, в которой проведен комплексный анализ процесса конденсации пара на поверхности капель, а также изучено влияние диаметра и скорости капель на эффективность процесса теплоотдачи.

Наиболее важным результатом этой работы является вывод, что для более точного описания теплоотдачи необходимо учитывать наличие внутренней циркуляции и перемешивания жидкости внутри капли. При этом расчетное количество передаваемого капле тепла заметно увеличится.

На основании указанного вывода был выполнен расчет прогрева жидкости за счет конденсации пара с учетом распада струи и образования капель. Расчет температуры струи производился по предложенной зависимости (14) с учетом

уменьшения диаметра струи за счет образования капель, которое задано соответствующей функцией.

Для оценки полученных результатов также были выполнены расчеты прогрева жидкости за счет конденсации пара без учета распада струи и образования капель с использованием формулы В.П. Исаченко (2) и зависимости (14). При этом расчеты проводились для тех же параметров струи, что и в экспериментальной работе Д. Джонсона. Сравнение полученных кривых приведено на рисунке 3. Использованная в настоящей работе упрощенная расчетная методика дала результаты, достаточно близкие к экспериментальным.

°С 150

120

90 60

30

0

0 ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 м

Рисунок 3 - Сравнение результатов экспериментальной работы Д. Джонсона с полученными расчетными данными.

_,_._. расчет по формуле Исаченко (2);

..........опытные данные работы Д. Джонсона;

-——1—— расчет по формуле автора (14) без учета распада струи;

------- расчет по предложенной автором методике с учетом

распада струи;

----температура насыщения.

Третья глава посвящена разработке и внедрению новых конструкций термических деаэраторов для мощных энергоблоков АЭС.

В схемах существующих серийных отечественных энергоблоков АЭС с реактором ВВЭР-1000 применяется деаэрационная установка, состоящая из двух параллельно включенных деаэраторов производительностью 3200 т/ч типа ДП-3200(2х1600)/185-А. Каждый из деаэраторов состоит из двух вертикальных деаэрационных колонок типа КДП-1600-А, установленных на одном деаэраторном баке геометрической емкостью 210 м3. Деаэраторы рассчитаны на работу при постоянном рабочем абсолютном давлении 0,69 МПа. В деаэраторах применена двухступенчатая схема обработки воды, при чем обе ступени деаэрации (струйная и барботажная) расположены в деаэрационных колонках.

Как показал многолетний опыт эксплуатации, такая деаэрационная установка работает достаточно надежно и обеспечивает параметры и качество воды согласно нормативным требованиям. Однако ей присущи некоторые недостатки, влияющие на технико-экономические показатели и надежность работы турбоустановки. К ним относятся: опасность разверок давлений и уровней (в двух баках), значительная высота и масса, а также сложность конструкции внутренних устройств деаэрационных колонок.

Для энергоблоков № 3, 4 мощностью 1000 МВт Ростовской АЭС был разработан модернизированный деаэратор ДП-3200(2х1600)/185-А-М. В соответствии с проектными решениями, обязательным требованием к новому деаэратору являлось сохранение габаритно-присоединительных размеров и технических характеристик серийного деаэратора.

Для интенсивного дробления поступающего основного конденсата на струи и капли в колонках модернизированного деаэратора применены низконапорные струйные форсунки. Это позволило несколько снизить массу деаэрационных колонок, упростить конструкцию их внутренних устройств, повысить надежность, эффективность и ремонтопригодность, исключить необходимость установки дроссельных шайб на трубопроводах подвода основного конденсата.

Два модернизированных деаэратора изготовлены на ООО «Энергомаш-Атоммаш» и установлены на энергоблоке №3 Ростовской АЭС. В настоящее время на ОАО «Сибэнергомаш» изготавливаются еще два таких деаэратора для энергоблока №4.

На основе накопленного опыта эксплуатации серийных деаэраторов, с учетом опыта создания и освоения деаэратора с малогабаритной деаэрационной колонкой для энергоблоков мощностью 300 МВт Костромской ГРЭС и деаэратора для Тяньваньской АЭС в Китае был разработан новый укрупненный деаэратор ДП-6000/250-А-1 для энергоблоков мощностью 1000 МВт АЭС «Куданкулам» в Индии.

Деаэратор состоит из одной горизонтальной деаэрационной колонки, установленной на деаэраторном баке геометрической емкостью 400 м3 и рассчитан на работу при скользящих параметрах в диапазоне изменения давления в деаэраторе 1,07+0,69 МПа. В схеме энергоблока используется один деаэратор.

В конструкции деаэратора применена двухступенчатая струйно-барботажная схема обработки воды. В качестве деаэрирующих элементов в деаэрационной колонке используются струйные форсунки и перфорированные тарелки, в баке деаэратора - «затопленное» барботажное устройство.

При выполнении теплогидравлических расчетов деаэрационной колонки использовалась разработанная автором и описанная в главе 2 методика.

Конструктивное исполнение деаэратора с применением горизонтальной деаэрационной колонки со струйными форсунками, установленной на деаэраторном баке с помощью переходных штуцеров, защищено патентом РФ.

В новом деаэраторе, по сравнению с серийной деаэрационной установкой, увеличено рабочее давление, нагрев, емкость и диаметр деаэраторного бака, удалось значительно снизить (более чем на 3000 мм) вертикальный габарит и перейти на работу при скользящем давлении.

На основе принятых в конструкции деаэратора для АЭС «Куданкулам» технических решений был разработан деаэратор ДП-3200/220-А производительностью 3200 т/ч для энергоблока №4 с реактором БН-800 Белоярской АЭС. Деаэратор имеет одну горизонтальную деаэрационную колонку,

установленную на деаэраторном баке геометрической емкостью 350 м, и рассчитан на работу при скользящих параметрах в диапазоне изменения давления в нем 1,35-И,18 МПа.

Деаэратор ДП-3200/220-А изготовлен на ОАО "Машиностроительный завод "ЗиО-Подольск" и установлен на энергоблоке №4 Белоярской АЭС.

Учитывая опыт создания и внедрения деаэраторов с одной горизонтальной колонкой, разработан новый термический деаэратор производительностью 6400 т/ч с четырьмя вертикальными малогабаритными колонками для энергоблоков №1, 2 мощностью 1200 МВт НВАЭС-2 и ЛАЭС-2, представленный на рисунке 4.

ф А Ь я 5

4-4—«М-*-

г~т

I '

ЬЫ.

—Л;—----^^

Рисунок 4 - Принципиальная схема нового деаэратора ДП-6400(4х1600)/250-А

I-деаэрационная колонка; 2-низконапорные водораспределительные устройства; 3-тарелка верхняя перфорированная; 4-тарелка нижняя перфорированная; 5- бак деаэраторный; 6-штуцеры расходные; 7-штуцеры вьшара; 8-штуцеры подвода пара на парораспределительное устройство; 9-раздающие коллекторы; 10-трубы барботажные вертикальные перфорированные;

II-трубы паровые.

В разработанном деаэраторе также применена двухступенчатая схема обработки воды паром: в колонках используются струйные форсунки и перфорированные тарелки, в баке — «затопленное» барботажное устройство.

Использование в качестве водораспределителя в верхней части деаэрационных колонок струйных форсунок, обеспечивающих интенсивное дробление воды на струи и капли, позволяет создать дополнительную поверхность контакта водяной и паровой фаз, интенсифицировать процессы тепломассообмена и, тем самым, повысить эффективность работы деаэрационной колонки и уменьшить ее массогабаритные характеристики.

Конструкция парораспределительного (барботажного) устройства позволяет подавать греющий пар одновременно в водяной объем деаэраторного бака (на

барботаж) и в паровой объем под деаэрационные колонки, в отличие от применявшихся ранее двух раздельных подводов пара в деаэратор (в колонки и в бак на барботаж). Таким образом, греющий пар подается в деаэратор из одного источника через общие штуцера, что упрощает схему обвязки трубопроводами. Это техническое решение защищено патентом РФ.

Применение вертикальных малогабаритных деаэрационных колонок, по сравнению с горизонтальной колонкой, позволило значительно снизить общую массу деаэратора - более чем на 26000 кг. При этом существенная часть экономии металла приходится на нержавеющую сталь. Производительность деаэратора была увеличена с 6000 т/ч до 6400 т/ч, проектное содержание растворенного кислорода в деаэрированной воде снижено с 10 до 5 мкг/кг, также снижена допустимая минимальная производительность деаэратора - с 30% до 20% от номинальной.

Два новых деаэратора ДП-6400(4х1600)/250-А изготовлены на ОАО «Дзержинскхиммаш» и установлены на энергоблоках №1 НВАЭС-2 и ЛАЭС-2. В настоящее время на ОАО «Дзержинскхиммаш» и ОАО «ТКЗ «Красный котельщик» изготавливаются еще два таких деаэратора для энергоблоков №2 указанных АЭС.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных и расчетных исследований бесколонкового термического деаэратора большой производительности энергоблока №1 АЭС «Бушер».

Термический деаэратор ранее был поставлен немецкой фирмой Kraftwerk Union (KWU) на АЭС «Бушер» в Иране. Деаэратор предполагалось использовать в схеме турбоустановки KWU мощностью 1300 МВт. Специфической чертой ситуации, сложившейся при достройке энергоблока Xsl АЭС «Бушер» российскими специалистами, являлось отсутствие большей части технической документации на оборудование, ранее поставленное фирмой KWU.

Для определения возможности применения указанного деаэратора в схеме отечественной турбоустановки мощностью 1000 МВт Ленинградского металлического завода (ЛМЗ) было необходимо:

- провести экспериментальные исследования водораспределительного устройства (струйной форсунки) деаэратора с целью получения данных по величинам потерь давления и характере истечения рабочей среды;

- выполнить теплогидравлические расчёты для подтверждения соответствия технических характеристик деаэратора расчетным режимам работы турбоустановки К-1000-60/3000 ЛМЗ.

Струйно-капельная (водораспределительная) ступень деаэратора, включающая пять однотипных струйных форсунок фирмы «Stork», размещается в паровом объеме бака. Заводская документация (паспорт, техническое описание, расходная характеристика) на форсунки отсутствовала.

Эскиз форсунки представлен на рисунке 5. В нерабочем состоянии верхние и нижние концы дисковых элементов прижимаются друг к другу с заданным предварительным напряжением. Под действием напора воды дисковые элементы раскрываются и происходит распыл воды. Площадь раскрытия дисковых элементов меняется в соответствии с изменением расхода воды (производительности форсунки).

Рисунок 5 - Форсунка деаэратора АЭС «Бушер». 1 - корпус; 2 - перфорированный распределитель, 3 - соединительная стяжка; 4 - разделительное кольцо; 5 - дисковый элемент.

Для проведения экспериментальных исследований форсунки были разработаны схема и компоновка стенда, чертежи необходимого оборудования, осуществлены изготовление и монтаж оборудования и трубопроводов стенда, произведено оснащение стенда приборами для выполнения необходимых измерений и контроля, разработана программа и методика исследований.

При проведении экспериментальных исследований расход воды на форсунку составлял 205+1287 м3/ч, избыточное давление воды перед форсункой 0,055 + 0,085 МПа, температура воды 1,5+3 °С.

В соответствии с результатами проведенных экспериментальных исследований построена зависимость величины потерь давления на исследуемой форсунке от объемного расхода воды с температурой 1,5 + 3°С, показанная на рисунке 6.

Полученная зависимость аппроксимируется функцией:

ДР=0,158 О0оа36 , (15)

где: ДР — потери давления на форсунке, МПа;

О0 — объемный расход воды, м3/ч.

При этом величина достоверности аппроксимации составила:

Объемный расход воды, м3/ч

Рисунок 6 - Экспериментальная зависимость потерь давления на форсунке от объемного расхода воды при ее температуре 1,5+3,0 °С.

На рисунке 7 представлена полученная расчетным путем зависимость потерь давления на форсунке от массового расхода воды при изменении температуры воды от 2,5 до 170 °С. Проведенными расчетными исследованиями показано, что коэффициент гидравлического сопротивления форсунки слабо зависит от температуры воды.

Предложенная зависимость позволяет оценить потери давления на форсунке практически в любых рабочих режимах деаэратора.

Результаты исследований и визуальные наблюдения характера истечения воды из форсунки в различных режимах позволили разработать предложения по расчетной модели для выполнения тепловых и гидравлических расчетов деаэратора. Проведённые расчёты показали, что установленные в бесколонковом деаэраторе струйные форсунки позволяют обеспечить необходимый нагрев деаэрируемой воды во всех расчётных режимах работы.

с S

о.

о

•е-

ES

я

ч

£.

<L» Н О

С

/ ¿У /у

/

—#—1=2,5 С

-a-t=noc

-Д-М30С t-=150 С -Ж-М70С

О 200 400 600 800 1000 1200 1400

Массовый расход, т/ч

Рисунок 7 - Зависимость потерь давления на форсунке от массового расхода воды при изменении температуры воды от 2,5 до 170 °С.

При разработке отечественных бесколонковых деаэраторов большой производительности следует решить ряд вопросов, связанных с переносом процессов нагрева воды в паровое пространство деаэраторного бака:

совершенствование методов расчета тепло-массообменных и гидродинамических процессов;

- разработка эффективных низконапорных струйно-капельных форсунок, обеспечивающих необходимый нагрев воды в паровом пространстве бака;

- применение развитой системы парового барботажа в водяном объеме бака;

- увеличение парового объема в баке за счет изменения геометрических размеров бака.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулируем основные результаты выполненной работы:

1. Выполнен обзор существующих конструкций деаэрационных колонок термических деаэраторов повышенного давления. Выявлены их недостатки и сформулированы пути интенсификации процессов, протекающих в деаэраторах и, в частности, использование конденсации пара на поверхности струй и капель «недогретой» воды.

2. Проведен анализ противоречий, связанных с традиционным использованием при построении корреляционных зависимостей для теплоотдачи осредненных по текущей длине параметров струи вместо локальных в сочетании с логарифмическим температурным напором. Показано, что при существенном изменении коэффициента теплоотдачи вдоль струи использование логарифмической формы решения при описании процесса может привести к большим погрешностям.

3. Предложена схема построения расчетной зависимости для определения локальной теплоотдачи, обладающая ясным физическим смыслом, использующая учет влияния волновой формы межфазной поверхности на характеристики турбулентного переноса тепла с помощью методики В.Г. Левича. Этот подход дает возможность определить количественно показатели степени в зависимости теплоотдачи от чисел Вебера и Онезорге без привлечения экспериментальных

данных, что существенно увеличивает ее надежность при экстраполяции за пределы экспериментально исследованных интервалов.

4. В предлагаемой зависимости для коэффициента теплоотдачи используются локальные параметры струи, что позволило учесть особенности начального участка струи, а в перспективе обеспечивает также возможность учета влияния относительной длины сопла.

5. Предложена упрощенная методика для определения теплоотдачи на участке распада струи, дающая возможность уточнить величины подогрева струи при практических расчетах термических деаэраторов повышенного давления.

6. Разработаны конструкции новых деаэрационных колонок термических деаэраторов питательной воды для отечественных и зарубежных энергоблоков АЭС мощностью 800, 1000 и 1200 МВт.

7. Проведены экспериментальные и расчетные исследования водораспределительного устройства (струйной форсунки) с переменным выходным сечением бесколонкового термического деаэратора. Анализ процесса показал, что коэффициент гидравлического сопротивления форсунки слабо зависит от температуры воды. Это позволяет на основе полученных результатов на холодной воде надежно оценить потери давления в любых рабочих режимах деаэратора.

8. Выполнены теплогидравлические расчеты бесколонкового термического деаэратора, предназначавшегося ранее для турбоустановки КЛУи мощностью 1300 МВт. Расчеты показали, что применение в конструкции деаэратора эффективных струйных форсунок и «затопленного» барботажного устройства позволяют достаточно надежно обеспечить необходимые нагрев и деаэрацию воды во всех расчётных режимах работы отечественной турбоустановки ЛМЗ мощностью 1000 МВт энергоблока №1 АЭС «Бушер» в Иране.

9. Проведено изучение вопросов, касающихся перехода в отечественной практике на бесколонковую конструкцию термических деаэраторов большой производительности, применяемую на ряде зарубежных энергоблоков. При реализации такого технического решения процессы нагрева воды переносятся в

паровое пространство деаэраторного бака, что требует, главным образом, применения эффективных струйно-капельных форсунок и некоторого увеличения парового объема деаэратора. Вопрос о разработке отечественных бесколонковых деаэраторов целесообразно рассмотреть в дальнейшем при проектировании перспективных энергоблоков ТЭС и АЭС.

9. Результаты настоящей работы были использованы при разработке технических проектов деаэраторов питательной воды новых энергетических блоков Нововоронежской АЭС-2, Ленинградской АЭС-2, АЭС «Куданкулам» в Индии, Белоярской АЭС, Ростовской АЭС.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. A.C. Гиммельберг, В.Г. Михайлов, Г.В. Григорьев, Л.А. Хоменок, П.В. Егоров, Н.Е. Шилова, Б.М Соколов. Деаэратор с малогабаритной деаэрационной колонкой для энергоблоков мощностью 300 МВт // Электрические станции. -2006. № 4. - с. 17. (перечень ВАК)

2. Г.В. Григорьев, A.C. Гиммельберг, П.В. Егоров, Н.Е. Шилова, В.Г. Михайлов, А.Н. Баева. Укрупненные термические деаэраторы с горизонтальной колонкой для мощных энергоблоков АЭС // Теплоэнергетика. - 2008. № 2 - с.62. (перечень ВАК)

3. М.А. Готовский, П.В. Егоров, Ю.Г. Сухоруков. Анализ теплоотдачи при конденсации насыщенного пара на поверхности струй недогретой воды применительно к теплообменным аппаратам смешивающего типа для АЭС // XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену. Тезисы докладов и сообщений. Том 2, часть 1. Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова HAH Беларуси. — Минск, 2012.

4. A.C. Гиммельберг, Г.В. Григорьев, В.Г. Михайлов, П.В. Егоров, Н.Е. Шилова. Новые термические деаэраторы для ТЭС и котельных // Сборник докладов научно-практического семинара «Ресурс и надежность тепломеханического оборудования энергетических и промышленных предприятий». - 2006. Выпуск 2. -с.85.

5. Патент - 47874 РФ, МПК С 02F 1/20 A, F 22D 1/50 В. Термический деаэратор / A.C. Гиммельберг, В.Г. Михайлов, Г.В. Григорьев, П.В. Егоров, Н.Е. Шилова; ОАО «НПО ЦКТИ». - № 2005113140/22; Заяв. 29.04.2005; Опубл. 10.09.2005, Бюл. №25.

6. Патент - 2274803 РФ, МПК F22D 1/50. Термический деаэратор / A.C. Гиммельберг, В.Г. Михайлов, Г.В. Григорьев, П.В. Егоров, Н.Е. Шилова; ОАО «НПО ЦКТИ». - № 2005111337; Заяв. 18.04.2005; Опубл. 20.04.2006, Бюл. № 11.

7. Патент - 2314262 РФ, МПК C02F 1/20. Термический деаэратор / A.C. Гиммельберг, В.Г. Михайлов, Г.В. Григорьев, П.В. Егоров, Н.Е. Шилова, А.Н. Баева; ОАО «НПО ЦКТИ». - № 2006107507; Заяв. 10.03.2006; Опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1.

8. Патент - 2352860 РФ, МПК F22D 1/50. Термический деаэратор / A.C. Гиммельберг, В.Г. Михайлов, Г.В. Григорьев, П.В. Егоров, Н.Е. Шилова, А.Н. Баева; ОАО «НПО ЦКТИ». - № 2007126307; Заяв. 10.07.2007; Опубл. 20.04.2009, Бюл. №11.

9. Патент - 2473009 РФ, МПК F22D 1/50. Термический деаэратор / A.C. Гиммельберг, М.В. Чупраков, П.В. Егоров, Г.В. Григорьев, В.Г. Михайлов, А.Н. Баева, А.Д. Эрнандес; ОАО «НПО ЦКТИ». - № 2011127612; Заяв. 05.07.2011; Опубл. 20.01.2013, Бюл. № 2.

10. Решение о выдаче патента на изобретение. Термический деаэратор / A.C. Гиммельберг, П.В. Егоров, М.В. Чупраков, Г.В. Григорьев, В.Г. Михайлов, А.Н. Баева, Н.Е. Шарапова; ОАО «НПО ЦКТИ». - № 2011127609; Заяв. 05.07.2011.

Подписано в печать 16.04.13 Формат 60х84'/і6 Цифровая Печ. л. 1.0 Тираж 100 Заказ 11/04 печать

Отпечатано в типографии «Фалкон Принт» (197101, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Пушкарская, д. 54, офис 2)

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ им. И.И. ПОЛЗУНОВА» (ОАО «НПО ЦКТИ»)

04201 357867

На правах рукописи

ЕГОРОВ Павел Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОЛОНОК ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕАЭРАТОРОВ ДЛЯ МОЩНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ

Специальность 05.14.14 -Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, Готовский М.А.

Санкт-Петербург 2013

Содержание

Введение...................................................................................4

1. Анализ конструкций водораспределительных устройств

термических деаэраторов...............................................................11

1.1 Классификация термических деаэраторов и

предъявляемые к ним требования............................................ 11

1.2 Водораспределительные устройства термических деаэраторов...........16

1.3 Сопоставление технических характеристик колонкового и бесколонкового термических деаэраторов для турбоустановок мощностью 1000 МВт энергоблоков с реактором ВВЭР-1000 ..............34

2. Описание теплоотдачи при конденсации насыщенного пара

на поверхности струй и капель воды применительно к деаэраторам повышенного давления большой производительности ТЭС и АЭС..........37

2.1 Основные сведения о процессе деаэрации воды..............................37

2.2 Анализ теплоотдачи при конденсации насыщенного пара

на поверхности струй воды........................................................42

2.3 Совершенствование подхода к построению зависимостей для теплоотдачи при конденсации насыщенного пара

на поверхности струй...............................................................48

2.4 Анализ теплоотдачи при конденсации насыщенного пара на поверхности капель и оценка вклада участка

диспергированной струи в подогрев воды......................................55

3. Разработка термических деаэраторов повышенного давления

с водораспределительными устройствами нового типа..........................70

3.1 Совершенствование конструкции деаэрационных колонок серийных деаэраторов для турбоустановок энергоблоков

с реактором ВВЭР-1000 ............................................................70

3.2 Разработка термических деаэраторов с горизонтальной

колонкой для турбоустановок мощных энергоблоков АЭС................75

3.3 Разработка термических деаэраторов с вертикальными деаэрационными колонками для турбоустановок

энергоблоков АЭС мощностью 1200 МВт..................................... 84

4. Экспериментальные и расчетные исследования водораспределительного устройства бесколонкового

термического деаэратора большой производительности........................94

4.1 Экспериментальные исследования водораспределительного устройства деаэратора питательной воды энергоблока № 1

АЭС «Бушер».........................................................................94

4.2 Теплогидравлические расчеты деаэратора энергоблока №1

АЭС «Бушер».........................................................................111

5. Заключение................................................................................115

Список литературы........................................................................117

Приложение А.............................................................................123

Приложение Б.............................................................................127

Приложение В.............................................................................130

Приложение Г..............................................................................133

Приложение Д.............................................................................135

Приложение Е.............................................................................136

Приложение Ж............................................................................137

Приложение 3.............................................................................139

Введение

Целью энергетической политики России является максимально эффективное использование природных ресурсов и потенциала энергетического сектора. Это позволит обеспечить устойчивый рост экономики, повышение качества жизни населения страны и содействие укреплению ее внешнеэкономических позиций.

Задачи развития энергетики в ближайшие годы должны решаться за счет строительства новых энергоблоков АЭС, развития парогазовых технологий и создания установок на суперсверхкритические параметры (параметры, соответствующие давлению пара более 24 МПа и/или температуре более 565 °С).

Важным направлением в совершенствовании оборудования турбоустановок современных ТЭС и АЭС является повышение эффективности теплообменных аппаратов в конденсатно-питательном тракте. В отечественной энергетике широкое распространение получили схемы регенерации с подогревателями низкого и высокого давления и деаэраторами питательной воды.

Современные термические деаэраторы повышенного давления, предназначенные для мощных энергетических блоков ТЭС и АЭС, должны обеспечивать надёжную работу при скользящем давлении. В этом случае давление в корпусе деаэратора изменяется в соответствии с изменением нагрузки и давления в отборе турбины в регулировочном диапазоне турбоустановки. Одновременно растут требования к уменьшению вертикального габарита, повышению надёжности и маневренности деаэраторов. Это, в свою очередь, предъявляет новые требования к конструктивному устройству деаэраторов, которое должно обеспечивать максимально интенсивный теплообмен при контакте деаэрируемой воды и греющего пара, наиболее эффективную работу применяемых ступеней обработки воды.

Практическое решение перечисленных задач требует разработки новых и модернизации существующих конструкций термических деаэраторов с использованием усовершенствованных методов расчета тепло- и массообменных процессов при конденсации пара на струях и каплях «недогретой» воды.

Целью настоящей работы являлось исследование и разработка водораспределительных устройств для новых конструкций деаэрационных колонок термических деаэраторов, отвечающих современным требованиям и условиям работы турбоустановок мощных энергоблоков.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

- проведено исследование существующих конструкций деаэрационных колонок термических деаэраторов повышенного давления, выявлены их недостатки и сформулированы пути интенсификации процессов, протекающих в деаэраторах и, в частности, использование конденсации пара на поверхности напорных струй и в парокапельных системах;

- выполнен комплексный анализ литературных источников, посвященных конденсации пара на поверхности струй и капель «холодной» воды;

- проведено исследование недостатков эмпирических корреляционных зависимостей для теплоотдачи к струям и разработана схема построения расчетной зависимости для локальных коэффициентов теплоотдачи, дающая возможность теоретически определить показатели степени для основных чисел подобия;

разработаны конструкции низконапорных водораспределительных устройств, обеспечивающие повышение эффективности работы и снижение массогабаритных характеристик термических деаэраторов за счет интенсификации протекающих в них тепло- и массообменных процессов;

- выполнен анализ возможности применения бесколонкового термического деаэратора поставки в схеме отечественной турбоустановки мощностью 1000 МВт на основе проведенных экспериментальных и расчетных исследований;

- проведено изучение вопросов, касающихся перехода на отечественную бесколонковую конструкцию термических деаэраторов большой производительности.

Актуальность работы

С ростом мощности энергоблоков соответственно растут единичная производительность и габариты входящего в их состав тепломеханического оборудования, в том числе систем регенерации турбоустановок. Создание отечественных энергоблоков мощностью 800 и 1200 МВт ТЭС и 1000 МВт АЭС привело к росту единичной производительности деаэраторов до 3200 т/ч, а деаэрационных колонок до 2800 т/ч. При этом вертикальный габарит деаэрационных колонок и деаэраторов принятого конструктивного исполнения вырос соответственно до 7800 мм и 11100 мм. Условный диаметр деаэраторного бака и деаэрационных колонок составил 3400 мм. Такой диаметр являлся практически предельным по существовавшим условиям транспортирования железнодорожным или автомобильным транспортом.

Значительная высота деаэрационных колонок привела к увеличению металлоемкости деаэраторов и высоты деаэраторной этажерки машинного зала электростанции, усложнила условия обеспечения сейсмостойкости деаэрационной установки. Возникла необходимость разработки и применения специального антисейсмического каркаса.

В связи с созданием новых энергоблоков АЭС мощностью 800, 1000 и 1200 МВт изменились требования к деаэраторам питательной воды в сторону дальнейшего увеличения единичной производительности и допустимых тепловых нагрузок, повышения рабочего давления, работы деаэратора на скользящем давлении, снижения остаточной концентрации кислорода в питательной воде.

При принятой ранее конструктивной схеме деаэраторов дальнейшее увеличение их производительности при одновременном повышении рабочего давления практически невозможно.

С учетом принятых правительством РФ планов строительства ряда отечественных энергоблоков АЭС и ТЭС, весьма актуальной является задача создания новых, надежных и эффективных термических деаэраторов, в полной мере соответствующих условиям работы мощных современных турбоустановок.

Научная новизна

1. Предложена форма зависимости для теплоотдачи струи на основе подхода, предложенного В.Г.Левичем, отражающая характер взаимодействия потоков пара и воды около волновой поверхности раздела фаз и дающая возможность описать влияние чисел Вебера и Онезорге без привлечения опытных данных, что придает зависимости определенный физический смысл.

2. Показано, что использование в большинстве работ при построении корреляционных зависимостей для теплоотдачи осредненных по длине опытных значений параметров струи приводят к очевидным противоречиям, которые наглядно иллюстрируются в работе. В предлагаемой зависимости для коэффициента теплоотдачи используются локальные параметры струи, что позволило учесть особенности начального участка струи, а в перспективе обеспечивает также возможность учета влияния относительной длины сопла.

3. Предложена упрощенная методика для определения теплоотдачи, которая дала возможность уточнить величины подогрева на участке распада струи.

4. Экспериментальные и расчетные исследования водораспределительного устройства (струйной форсунки) бесколонкового термического деаэратора с переменным выходным сечением показали, что коэффициент гидравлического сопротивления форсунки слабо зависит от температуры воды. Это позволяет на основе полученных результатов на холодной воде надежно оценить потери давления в любых рабочих режимах деаэратора.

Достоверность научных положений

Предложенная в настоящей работе расчетная методика для определения количественной зависимости локальной теплоотдачи от чисел Вебера и Онезорге позволяет расчетным путем получить кривые изменения локальной температуры струи, хорошо соответствующие данным прямых опытных замеров распределения температуры.

Полученные зависимости величин потерь давления от расхода воды на водораспределительном устройстве деаэратора энергоблока №1 АЭС «Бушер»

построены на основании проведенных экспериментальных и расчетных исследований. Достоверность полученных в ходе эксперимента данных обеспечивается правильностью и корректностью постановки задачи, надежностью выбранных средств и приборов измерения на специально созданном стенде.

Практическая ценность работы

Результаты настоящей работы использовались при разработке новых конструкций термических деаэраторов большой производительности, стадии внедрения которых отражены в таблице 1.

Таблица 1 - Новые деаэраторы, разработанные для строящихся

энергоблоков АЭС.

Применение Мощность энергоблока, МВт Тип деаэратора Стадия внедрения деаэратора (на март 2013 г.)

Ростовская АЭС: энергоблок №3 энергоблок №4 1000 1000 ДП-3200(2х1600)/185-А-М ДП-3200(2х1600)/185-А-М установлен в изготовлении

АЭС «Куданкулам» (Индия): энергоблок №1 энергоблок №2 1000 1000 ДП-6000/250-А-1 ДП-6000/250-А-1 установлен установлен

Белоярская АЭС: энергоблок №4 800 ДП-3200/220-А установлен

Нововоронежская АЭС-2: энергоблок №1 энергоблок №2 1200 1200 ДП-6400(4х1600)/250-А ДП-6400(4х1600)/250-А установлен в изготовлении

Ленинградская АЭС-2: энергоблок №1 энергоблок №2 1200 1200 ДП-6400(4х1600)/250-А ДП-6400(4х1600)/250-А установлен в изготовлении

Проведенными экспериментальными и расчетными исследованиями подтверждена возможность применения бесколонкового деаэратора поставки К\\П в схеме отечественной турбоустановки мощностью 1000 МВт энергоблока №1 АЭС «Бушер» в Иране.

В 2011-^2013 гг. проводились приемо-сдаточные испытания энергоблока №1 АЭС «Бушер». В августе 2012 г. был освоен режим со 100% нагрузкой. Деаэратор работает надежно, обеспечивает необходимые нагрев и качество питательной воды.

Личный вклад автора

Автором проведен анализ противоречий, связанных с использованием при построении корреляционных зависимостей для теплоотдачи осредненных по длине параметров струи вместо локальных.

Автором предложена зависимость для локального коэффициента теплоотдачи, в которой учитываются особенности начального участка струи.

При разработке технических проектов новых деаэраторов повышенного давления для энергоблоков АЭС мощностью 800, 1000 и 1200 МВт автор:

- проводил конструктивные проработки и экспериментальные исследования моделей струйно-капельных водораспределительных устройств различного типа на гидравлическом стенде производительностью до 120 т/ч;

- участвовал в выборе профиля конструкции, вариантной проработке и исследованиях технических решений по основным узлам деаэраторов;

- выполнял теплогидравлические расчеты деаэрационных колонок;

- разрабатывал конструкторскую документацию;

- осуществлял авторский надзор на предприятиях-изготовителях и на площадках строящихся АЭС.

При непосредственном участии автора разработан и создан гидравлический стенд большой производительности (до 1300 т/ч), проведены экспериментальные и расчетные исследования водораспределительного устройства бесколонкового деаэратора энергоблока №1 АЭС «Бушер». Автором выполнены теплогидравлические расчеты, подтвердившие возможность применения деаэратора поставки в схеме отечественной турбоустановки мощностью

1000 МВт.

В соавторстве разработал ряд технических решений в конструкциях термических деаэраторов, которые защищены патентами РФ.

Апробация результатов работы

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практическом семинаре «Ресурс и надежность тепломеханического

оборудования энергетических и промышленных предприятий» (июнь 2005 г., Санкт-Петербург, Россия); на XIV Минском международном форуме по тепло- и массообмену (сентябрь 2012 г., Минск, Республика Беларусь).

Публикации

По теме диссертации опубликовано четыре научные публикации, из которых две - в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и получено шесть патентов РФ.

Автор защищает;

1. Анализ недостатков, связанных с использованием при построении корреляционных зависимостей для теплоотдачи, осредненных по длине параметров струи вместо локальных.

2. Разработку схемы построения расчетной зависимости для определения локальной теплоотдачи, использующую учет влияния волновой формы межфазной поверхности на характеристики турбулентного переноса тепла с помощью методики В.Г. Левича.

3. Упрощенную методику для определения теплоотдачи на участке распада струи, дающую возможность уточнить величины подогрева струи при практических расчетах термических деаэраторов повышенного давления.

4. Разработку конструкций новых деаэрационных колонок термических деаэраторов питательной воды для отечественных и зарубежных энергоблоков АЭС мощностью 800, 1000 и 1200 МВт.

5. Обоснование применения бесколонкового деаэратора в схеме отечественной турбоустановки мощностью 1000 МВт на основе проведенных экспериментальных и расчетных исследований.

Работа выполнена в ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»),

1 Анализ конструкций водораспределительных устройств термических деаэраторов

1.1 Классификация термических деаэраторов и предъявляемые к ним требования

Как в энергетике нашей страны, так и за рубежом термическая деаэрация воды является основным методом борьбы с коррозией омываемых водой поверхностей теплосилового оборудования и трубопроводов.

Термические деаэраторы предназначены для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и свободной углекислоты) из питательной воды парогенераторных установок, подпиточной воды систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, при одновремен