автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Пространственное распределение примесей в парогенерирующем оборудовании АЭС и ТЭС в стационарных и переходных процессах

Список используемых сокращений и основных обозначений.

Введение.

1 Состояние проблемы.

1.1 Предыстория вопроса.

1.2 Существующие подходы к проблеме прятания и выброса примесей hideout).

2 Физическая модель прятания и выброса примесей.

2.1 Гидродинамическая модель процесса прятания и выброса примесей в двухфазном потоке.

2.2 Диффузионно-гидравлическая модель оценки прятания и выброса примесей при изменении тепловой нагрузки.

2.3 Упрощенное нестационарное уравнение распределения примесей

2.4 Модель испарительного контура ППУ.

3 Распределение примесей по кипящему объему в переходных процессах.

3.1 Псевдопрятание и псевдовыброс примесей,.

3.2 Распределения при существующих схемах ВПКР.

3.3 Распределения при модернизированных схемах ВПКР.

4 Экспериментальные результаты.

4.1 На ТЭЦ и ГРЭС.

4.1.1 Испытания котла в переходных режимах по нагрузке (ТЭЦ

ТГМЕ-464 (ст.№9)).

4.1.2Эксперимент с "запиранием" полусолевого циклона (ТЭЦ-11 ТП

87 (ст.№8)).

4.1.3Эксперименты с отключением подачи фосфатов (Волжская ТЭЦ-1, котел БКЗ-420-140 (ст.№ 10) и Ленинградская ТЭЦ-15, котел ТГМ-84Б (ст.№6)).

4.2 На кипящем реакторе ВК-50.

4.3 На парогенераторе ПГВ-1000.

5 Адекватность физической модели прятания и выброса. Экспериментальные результаты.

6 Использование явления выброса примесей при разгрузке для улучшения воднохимических показателей.

6.1 В барабанных котлах.

6.2 В кипящем реакторе.

7 Выводы.

В настоящее время в ядерной энергетике блоки АЭС с реакторами типа ВВЭР являются базовыми. Эти реакторы еще долгое время будут играть существенную роль в энергетике России. Согласно "Стратегии развития атомной энергетики России в первой половине XXI века" [2.29] даже по минимальному варианту роста атомной энергетики до 2020 г. будет достроено 4 и введено в строй 4 новых блока типа ВВЭР. Также в мировой ядерной энергетике большую роль играют корпусные кипящие реакторы типа BWR. К сожалению, в России, развитие канальных кипящих реакторов типа РБМК не планируется из-за аварии на Чернобыльской АЭС. Однако разрабатывается проект корпусного кипящего реактора ВК-300 на основе опыта успешной эксплуатации реактора ВК-50 в Димитровграде.

Одним из основных элементов станций этих типов (как ядерных, так и тепловых) является парогенератор (кипящий реактор). Как в России, так и за рубежом, парогенерирующий контур вносит значительный вклад в надежность и экономичность энергоблоков.

До некоторого времени проблема отказов парогенераторов, и их эксплуатационная надежность связывалась в основном с повреждениями труб теплообменной поверхности. По данным [2.23] с 1986 по 1995 гг. заглушено более 7000 теплообменных труб на парогенераторах 20 блоков АЭС с ВВЭР-1000. По данным [2.28] заменено 37 парогенераторов.

Согласно [2.25], обследование ряда электростанций показало значительное количество остановов котлоагрегатов в межремонтный период, при этом на долю поверхностей нагрева приходится до 60-70% от общего числа аварийных и неплановых ремонтов. На некоторых котлоагрегатах количество таких остановов достигает 20 и более случаев в год.

В работе проведены теоретические исследования по изучению поведения примесей в парогенерирующем оборудовании АЭС и ТЭС в переходных (разгрузка-нагрузка, изменение расходов продувки и т.п.) и стационарных процессах. Особое внимание уделено процессам "выброса" и "прятания" примесей или процессам хайдаута (англ. hideout). Эти исследования были подтверждены экспериментами на парогенераторе ПГВ-1000, корпусном кипящем реакторе ВК-50 и барабанных котлах АО "ТКЗ" и АО "БКЗ".

Целью данной диссертационной работы является исследование поведения распределения примесей в парогенераторной (котловой) воде в динамических процессах. Предлагаются методы использования этих процессов для улучшения водно-химического режима парогенерирующих установок.

1 Состояние проблемы

1.1. Горбуров В.И., Зорин В.М., Катковский С.Е., Колечкин Г.И., Крестов В.Б., Сергеев В.В., Хлебников А.А. О некоторых особенностях распределения примесей в водяном объеме котла ТП-87. //Электрические станции. 2001. - № 6. - с. 38-42

2. Горбуров В.И., Стукалов В.М., Хлебников А.А. Взаимосвязь гидравлики и распределения примесей в элементах барабанных котлов. -Ч. 1. // Теплоэнергетика. 1999. № 6. - с. 45-50.

3. Горбуров В.И., Стукалов В.М., Хлебников А.А. Взаимосвязь гидравлики и распределения примесей в элементах барабанных котлов. -Ч. 2. // Теплоэнергетика. 1999. № 8. - с. 59-61

4. Массообмен в пристенном слое парогенерирующего канала. //Научные исследования в области ядерной энергетики в технических ВУЗах России: Сб. науч. тр. / В.И. Горбуров, В.М. Зорин, М.С. Алху-тов, Ю.В. Харитонов, В.М. Стукалов, А.А. Хлебников. М. 2000.

5. Оптимизация водопитания и продувки парогенераторов АЭС с ВВЭР / Горбуров В.И., Стукалов В.М., Хлебников А.А. // Международный конгресс "Энергетика 2000": Тезисы докладов. Обнинск, 1998, с. 59.Список использованной литературы

6. Hideout return evaluation approach. EPRI, источник в интернете: www.epri.com.

7. Holl R.E. Transactions of the ASME, 1944, v. 66, №5, pp. 456-474.

8. Белоконова А.Ф. Водно-химические режимы тепловых электростанций, Энергоатомиздат, 1985г., с. 160.

9. Водный режим тепловых электростанций (обычных и атомных)/ Под общ. редакцией проф. Т.Х. Маргуловой //М.: Энергия, 1965 с. 63.

10. Горбуров В. И., Зорин В. М., Каверзнев М. М., Хаанеки М. О ступенчатом испарении в паропроизводящих установках // Теплоэнергетика, 1997, №3.-С. 55-58.

11. Горбуров В. И., Зорин В. М., Харитонов Ю. В. Распределение растворимых примесей в водяном объеме парогенерирующих устройств // Вестник МЭИ, 1996, №3. С. 41-50.

12. Горбуров В.И. Гидродинамика двухфазных потоков в паропроизводящих установках атомных электростанций. Дисс. на соискание учен, степени доктора техн. наук. М.: МЭИ, 1991. 332с.

13. Горбуров В.И., Зорин В.М. Моделирование на ЭВМ гидродинамики водяного объема парогенератора ПГВ-1000 // Теплоэнергетика, 1994, № 5 с. 22-29.

14. Горбуров В.И., Зорин В.М. Расчет гидродинамических параметров и концентраций примесей в водяном объеме парогенератора (Программа для ЭВМ "CIRC+SAL") / Свидетельство об официальной регистрации программы № 950303 от 18.08.1995, РосАПО, РФ.

15. Горбуров В.И., Зорин В.М., Харитонов Ю.В. О контроле водного режима парогенерирующих устройств // Теплоэнергетика, 1994, № 7 -с. 25-30.

16. Дули Р.Б. Значение защитной оксидной пленки для предотвращения повреждений котельных труб на тепловых электростанциях: Автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра техн. наук. М.: Исследовательский институт электроэнергетики США, 1996.

17. Зорин В.М., Горбуров В.И., Каверзнев М.М., Харитонов Ю.В., Сту-калов В.М., Сергеев А.И., Кузнецова Е.В. Модернизация систем водо-питания, продувки и фосфатирования на котлах БКЗ 320-140 Каширской ГРЭС // Теплоэнергетика, 1999, № 8 с. 48-52.

18. Исследование распределения солей в водяном объеме парогенераторов ПГВ-1000М с модернизированными системами раздачи питательной воды и продувки / Ю.В. Козлов, П.Е. Свистунов, Г.А. Таранков и др. // Электрические станции, 1991, № 9 с. 30-32.

19. Каверзнев М.М. Анализ гидродинамики и разработка метода расчета распределения растворимых примесей в парогенерирующих установках АЭС и ТЭС с многократной циркуляцией. Дисс. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1996.

20. Мамет В.А., Мартынова О.И. Процессы "хайд-аут" (местного концентрирования) примесей котловой воды парогенераторов АЭС и их влияние на надежность работы оборудования // Теплоэнергетика. 1993. № 7. с. 2-7.

21. Манькина Н.Н. Исследование условий образования железоокисных отложений // Теплоэнергетика, 1960, № 9 с. 8-12.

22. Мартынова О.И. Водно-химический режим электростанций с барабанными котлами. // Теплоэнергетика. 1995. № 10. с. 66-70.

23. Определение среднего и локального солесодержания в котловой воде для барабанного котла ТП-87 ст. №7 (ТЭЦ-11) с целью улучшения его работы. // отчет ЦКА (МЭИ), 1999.

24. Пат. 2062398. Барабанный котел и способ выработки пара в барабанном котле / Горбуров В.И., Зорин В.М., Каверзнев М.М., Харитонов Ю.В. // Открытия. Изобретения. 1996. №17.

25. Причины язвенной коррозии и разрывов экранных труб котлов ТГМ-96 и мероприятия по их предупреждению // Отчет по НИР, ч.1, В.662.00ДО, Хохлов В.В., Ткаченко К.В., Грабовский О.Г. М.: Минэнерго СССР, ОРГРЭС, Уральское отделение, 1975.

26. Пространственное распределение примесей в барабанном котле ТЭЦ-11 (ст.№9) в стационарных и переходных процессах. // Отчет ЦКА (МЭИ), 1999.

27. РАО "ЕЭС России". Приказ №142 от 29.03.2001 "О первоочередных мерах по повышению надежности работы ЕЭС России."

28. РАО "ЕЭС России". Приказ №76 от 26.02.97 "Об организации технического обслуживания поверхностей нагрева котлоагрегатов ТЭС."

29. Распределение растворенных примесей питательной воды в водяном объеме парогенератора ПГВ-1000 /Ю.В. Козлов, JI.K. Румянцев, Е.П. Свистунов и др. // Электрические станции, 1992, № 2 с. 33-37.

30. Рассохин Н.Г., Зорин В.М., Горбуров В.И. Метод предельной оценки параметров естественной циркуляции в сложных пространственных контурах. М.: Теплоэнергетика, 1992, № 2 - с. 46-50.

31. Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века: Основные положения. Министерство Российской Федерации по атомной энергии, Москва 2000.

32. Стукалов В.М. Совершенствование парогенерирующих устройств АЭС и ТЭС на основе взаимосвязей теплогидравлических характеристик и пространственного распределения примесей. Дисс. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М.: МЭИ, 2000.

33. Стырикович М.А., Мартынова О.И., Миропольский 3.JI. Процессы генерации пара на электростанциях М.: Энергия, 1969 - 312 с.

34. Стырикович М.А., Полонский B.C., Циклаури Г.В. Тепломассообмен и гидродинамика в двухфазных потоках атомных электрических станций. М.: Наука, 1982. с. 199-233.

35. Хаанеки Мансур Примесеобмен при кипении в оборудовании АЭС и ТЭС. Дисс. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1998.

36. Хемиг X. Физико-химические процессы в пограничном слое парообразующих труб, сб. Водоподготовка и водный режим котлов на электростанциях, 1962г., под ред. Шкроба М.С., с. 109-117

37. Шкроб М.С., Вихрев В.Ф. Водоподготовка, Энергия, 1966г., с. 57.