RU2076268C1

RU2076268C1 - Steam generator

Info

Publication number: RU2076268C1
Authority: RU
Inventors: Б.М. Камашев; В.М. Рулев; В.М. Захаров; Е.В. Захаров; А.И. Сергеев; А.Е. Красильщиков; О.А. Бых
Original assignee: Опытное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1997-03-27

Abstract

FIELD: power plant engineering. SUBSTANCE: steam generator has cylindrical body 1 with heat exchanging units 8 supplied by distributing and assembling headers 9 and 10 correspondingly which are gathered in cells. Headers 9 and 10 are connected to inlet and outlet collectors 5 and 6 by pipe lines 11 and 12. Pipe lines 11 ends are fitted inside pipe lines 12 in every cells. Distributing headers 9 and 10 are placed in cells reciprocally parallel and it's axes are placed in transversal cross-section on ring curve concentric with respect to heat source carrier collector. Every unit 8 is made by even number of equal length flat helices which planes are oriented perpendicular to heated medium flow and asymmetric with respect to diametric plate including symmetry axis of cell. Every cell adjacent units 8 are turned relatively at 180 deg. EFFECT: more effective heat removing. 3 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к области атомной техники и предназначено к использованию в АЭУ, преимущественно в установках с ВВЭР. The alleged invention relates to the field of nuclear engineering and is intended for use in nuclear power plants, mainly in plants with VVER.

Актуальной задачей атомной энергетики является повышение эффективности использования атомных энергетических установок. The urgent task of nuclear energy is to increase the efficiency of the use of nuclear power plants.

Одним из основных элементов АЭУ, определяющим их надежность в целом и вносящим основной вклад в эффективность их использования, является парогенератор, повышение надежности которого при высокой эффективности является основной задачей развития атомной энергетики на настоящем этапе. One of the main elements of nuclear power plants, determining their reliability in general and making a major contribution to the efficiency of their use, is a steam generator, the increase of reliability of which at high efficiency is the main task of the development of nuclear energy at this stage.

Одним из основных типов парогенераторов, применяемых в настоящее время в атомной энергетике, является вертикальный парогенератор, содержащий трубную доску и U-образный пакет теплообменных труб (см. патенты ФРГ N 2.243.417, кл. F 28 D 19/22 от 4.9.72; N 2.244.564, кл. F 22 B 1/02, опубл. 9.10.75). One of the main types of steam generators currently used in nuclear energy is a vertical steam generator containing a tube plate and a U-shaped package of heat exchange tubes (see German Patents N 2.243.417, CL F 28 D 19/22 from 4.9.72 ; N 2.244.564, CL F 22 B 1/02, publ. 9.10.75).

Подобные конструкции парогенераторов достаточно эффективны и позволяют иметь минимальные габариты атомной установки в целом. Such designs of steam generators are quite effective and allow you to have the minimum dimensions of the nuclear installation as a whole.

Однако при такой конструкции возникают трудности, связанные с перепадом температур между входной и выходной системами труб греющей среды и нагреваемой среды. Эти разности температур приводят к возникновению термических напряжений в трубчатом коллекторе и трубных досках, что может в течение длительного срока службы приводить к их разрушению. However, with this design, difficulties arise associated with the temperature difference between the inlet and outlet systems of the heating medium pipes and the heated medium. These temperature differences lead to thermal stresses in the tubular manifold and tube plates, which can lead to their destruction over a long service life.

Известен также парогенератор по техническому предложению ОКБ "Гидропресс" 320-ЭКО-3.02-398ВО, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с расположенными внутри него коллекторами греющего теплоносителя и теплообменными элементами, выполненными в виде плоских спиралей, размещенными поперек корпуса. Коллектор отвода греющего теплоносителя выполнен за счет выгородок внутри коллектора подвода греющего теплоносителя. A steam generator is also known according to the technical proposal of the OKB Gidropress 320-EKO-3.02-398VO, containing a vertical cylindrical body with collectors of heating coolant located inside it and heat-exchange elements made in the form of flat spirals placed across the body. The collector for the removal of the heating fluid is made due to baffles inside the collector for the supply of the heating fluid.

Такое выполнение коллекторов при наличии теплообменных элементов различной длины, приводящей к разной температуре выходящего из них теплоносителя, вызывает повышенные термические напряжения в коллекторе, что также может приводить к выходу его из строя. Such a design of the collectors in the presence of heat exchange elements of different lengths, leading to different temperatures of the heat carrier leaving them, causes increased thermal stresses in the collector, which can also lead to its failure.

Известен парогенератор по патенту СССР N 6468 кл. F 22 B 9/14 опубл. 1928, содержащий цилиндрический корпус с распределенными вдоль него теплообменными секциями, в виде размещенных поперечно корпусу теплообменных элементов и устройство для распределения нагреваемой среды. The known steam generator according to the patent of the USSR N 6468 C. F 22 B 9/14 publ. 1928, comprising a cylindrical body with heat-exchange sections distributed along it, in the form of heat-exchange elements placed transverse to the body and a device for distributing the heated medium.

Данная конструкция решает задачу повышения надежности парогенератора по сравнению с вышеперечисленными парогенераторами. Однако парогенератор имеет пониженную эффективность из-за меньшего суммарного температурного напора, обусловленного большой разницей в длинах теплообменных элементов. Кроме того, наличие значительного количества разноразмерных теплообменных элементов усложняет производство данного типа парогенератора. This design solves the problem of increasing the reliability of the steam generator compared to the above steam generators. However, the steam generator has a reduced efficiency due to the lower total temperature difference due to the large difference in the lengths of the heat exchange elements. In addition, the presence of a significant number of different-sized heat-exchange elements complicates the production of this type of steam generator.

Задачей изобретения является повышение эффективности парогенератора путем увеличения суммарного температурного напора при выполнении теплообменных элементов в виде плоской спирали. The objective of the invention is to increase the efficiency of the steam generator by increasing the total temperature head when performing heat-exchange elements in the form of a flat spiral.

Задача решается тем, что в парогенераторе насыщенного пара для АЭС, содержащем цилиндрический корпус распределенными вдоль него теплообменными секциями в виде размещенных поперечно корпусу теплообменных элементов с раздающими и собирающими коллекторами в каждой секции, подключенными посредством трубопроводов соответственно подвода и отвода к входному и выходному коллекторам греющего теплоносителя, а также устройства для распределения нагреваемой среды, конечные участки трубопроводов подвода установлены внутри трубопроводов отвода во всех секциях, раздающие и собирающие коллекторы последних размещены параллельно друг другу, их оси в поперечном сечении размещены на окружности, концентричной одному из коллекторов греющего теплоносителя, причем каждый из теплообменных элементов выполнен из четного количества спиралей равной длины, каждая из которых своей плоскостью установлена перпендикулярно потоку нагреваемой среды, асимметрично относительно диаметральной плоскости проходящей через ось симметрии секции, при этом соседние теплообменные элементы в каждой секции повернуты один относительно другого на 180^o.The problem is solved in that in a saturated steam generator for nuclear power plants, containing a cylindrical body distributed along the heat-exchange sections in the form of heat-exchange elements placed transversely to the body with distributing and collecting manifolds in each section, connected through pipelines respectively supplying and discharging to the input and output collectors of the heating coolant as well as devices for distributing the heated medium, the final sections of the supply pipelines are installed inside the pipelines yes in all sections, the distributing and collecting collectors of the latter are placed parallel to each other, their axes in cross section are placed on a circle concentric to one of the collectors of the heating coolant, each of the heat exchange elements made of an even number of spirals of equal length, each of which is installed with its own plane perpendicular to the flow of the heated medium, asymmetrically with respect to the diametrical plane of the section passing through the axis of symmetry, while adjacent heat exchange elements in each ktsii rotated one relative to another 180 ^o .

При расположении секций коллекторов параллельными друг другу, их осей в поперечном сечении на окружности концентричной одному из коллекторов греющего теплоносителя, появляется возможность выполнения теплопередающей поверхности из одинаковых теплообменных элементов, что позволяет повысить эффективность парогенератора за счет увеличения суммарного температурного напора, обуславливаемого отсутствием разверток температуры греющего теплоносителя на выходе из теплообменных элементов. Размещение соседних теплообменных элементов в каждой секции с поворотом на 180^o один относительно другого обеспечивает равномерное тепловыделение по объему котловой воды, что обеспечивает равномерную нагрузку зеркала испарения парогенератора, что также повышает эффективность его использования, кроме того, такое расположение предотвращает возможность локального повышения концентрации агрессивных примесей котловой воды.When the sections of the collectors are parallel to each other, their axes in cross section on a circle concentric to one of the collectors of the heating medium, it becomes possible to make the heat transfer surface from the same heat-exchange elements, which allows to increase the efficiency of the steam generator by increasing the total temperature difference due to the absence of temperature sweeps of the heating medium at the exit of the heat exchange elements. The placement of adjacent heat exchange elements in each section with a rotation of 180 ^o relative to one another ensures uniform heat release over the volume of boiler water, which ensures uniform loading of the vaporization mirror of the steam generator, which also increases its efficiency, in addition, this arrangement prevents the possibility of local increase in the concentration of aggressive impurities boiler water.

Расположение теплообменного элемента асимметрично относительной диаметральной плоскости проходящей через ось симметрии секции позволяет получить шахматный пучок теплопередающей поверхности (в сечении, перпендикулярном продольной оси труб), что предотвращает возможное "зарастание" трубного пучка (в процессе длительной эксплуатации) за счет появления горизонтальной составляющей восходящего потока котловой воды. The location of the heat exchange element asymmetrically relative to the diametrical plane of the section passing through the axis of symmetry allows you to get a staggered bundle of heat transfer surface (in cross section perpendicular to the longitudinal axis of the pipes), which prevents possible "overgrowing" of the tube bundle (during continuous operation) due to the appearance of the horizontal component of the boiler upward flow water.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез парогенератора; на фиг. 2 то же, разрез А А фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б Б фиг. 2. In FIG. 1 shows a vertical section through a steam generator; in FIG. 2 same, section A A of FIG. one; in FIG. 3 section B B of FIG. 2.

Парогенератор состоит из: вертикального корпуса 1 с трубопроводом подвода питательной воды 2 и патрубком отвода пара 3. В верхней части расположено сепарационное устройство 4. В корпусе расположен входной коллектор греющего теплоносителя 5, выполненный внутри выходного коллектора 6. К коллекторам 5 и 6 подключены теплообменные секции 7, состоящие из теплообменных элементов 8, выполненных в виде плоской спирали, имеющей четное число ветвей, подсоединенных к раздающим коллекторам секции 9 и собирающим коллекторам секции 10, которые имеют конечные участки трубопроводов подвода 11, выполненные внутри участков трубопроводов отвода 12. Каждая теплообменная секция окружена кожухом 13. The steam generator consists of: a vertical casing 1 with a feed water supply pipe 2 and a steam outlet 3. A separation device 4 is located in the upper part. An inlet collector of the heating coolant 5 is located inside the outlet manifold 6. Heat exchange sections are connected to the collectors 5 and 6 7, consisting of heat exchange elements 8, made in the form of a flat spiral having an even number of branches connected to the distributing collectors of section 9 and collecting collectors of section 10, which have a finite th sections of the supply pipelines 11, made inside the sections of the discharge pipelines 12. Each heat exchange section is surrounded by a casing 13.

Работа парогенератора происходит следующим образом. The operation of the steam generator is as follows.

Греющая среда поступают из коллектора 5 по участкам трубопровода подвода 11 к раздающим коллекторам 9 теплообменных секций 7, раздается по теплообменным элементам 8, проходит по ним, отдавая тепло котловой воде, и попадает в собирающие коллекторы 10 секций 7. Из коллекторов 10 греющая среда попадает в участок трубопровода отвода 12 и далее в выходной коллектор 6 парогенератора. Питательная вода из трубопровода подвода питательной воды 2 поступает в зазоры между кожухом 13 соседних теплообменных секций 7. Опускаясь по зазору питательная вода, смешиваясь с опускающейся в зазоре котловой водой, охлаждает ее, в нижней части котловая вода разворачивается и поступает в межтрубное пространство теплообменной поверхности. Здесь котловая вода нагревается, кипит и пароводяная смесь поднимается вверх. На выходе из теплообменной поверхности секций пар попадает в сепарированное устройство 4, которое может быть выполнено из погружного листа с безбарботажными насадками, где сепарируется и далее по патрубку 13 отводится из парогенератора, а вода разворачивается и по зазорам между секциями опускается вниз, образуя контур многократной циркуляции. The heating medium comes from the collector 5 along sections of the supply pipe 11 to the distributing collectors 9 of the heat exchange sections 7, is distributed through the heat exchange elements 8, passes through them, giving off heat to the boiler water, and enters the collecting manifolds of 10 sections 7. From the collectors 10, the heating medium enters a section of the discharge pipe 12 and further to the output manifold 6 of the steam generator. Feed water from the feed water supply pipe 2 enters into the gaps between the casing 13 of the adjacent heat exchange sections 7. Lowering the feed water, mixing with the boiler water falling in the gap, cools it, in the lower part the boiler water unfolds and enters the annular space of the heat exchange surface. Here the boiler water is heated, boiled and the steam-water mixture rises. At the exit from the heat exchange surface of the sections, the steam enters the separated device 4, which can be made of a submersible sheet with bubbleless nozzles, where it is separated and then discharged from the steam generator through the pipe 13, and the water unfolds and goes down along the gaps between the sections, forming a multiple circulation loop .

Предлагаемая конструкция парогенератора позволяет повысить его эффективность без снижения надежности благодаря оптимальному размещению теплообменной поверхности кроме того, предлагаемая конструкция парогенератора упрощает его изготовление и обеспечивает возможность наращивания или уменьшения его мощности при сохранении конструкции его внутреннего насыщения и принятой технологии изготовления. Также уменьшается цикл изготовления парогенератора за счет изготовления на параллельных потоках его частей. The proposed design of the steam generator allows to increase its efficiency without compromising reliability due to the optimal placement of the heat exchange surface.In addition, the proposed design of the steam generator simplifies its manufacture and provides the possibility of increasing or decreasing its power while maintaining the design of its internal saturation and the accepted manufacturing technology. The steam generator manufacturing cycle is also reduced due to the manufacture of its parts in parallel flows.

Claims

A steam generator comprising a cylindrical body with heat-exchange sections distributed along it in the form of heat-exchange elements arranged transversely to the body with distributing and collecting manifolds in each section, connected via input and output pipelines to the input and output collectors of the heating medium, as well as a device for distributing the heated medium, characterized in that the final sections of the supply pipelines are installed inside the exhaust pipelines in all sections, distributing and collecting collectors of the latter are arranged parallel to each other, their axes in cross section are arranged in a circle concentric to one of the collectors of the heating medium, each of the heat exchange elements made of an even number of flat spirals of equal length, each of which is installed perpendicular to the flow of the heated medium asymmetrically with its plane relative to the diametrical plane passing through the axis of symmetry of the section, while the adjacent heat transfer elements in each section are rotated one tnositelno another 180 ^o.