В конденсатор поступает не только влажный пар из последних ступеней турбины, но и воздух через неплотности в соединениях корпуса конденсатора с выхлопным патрубком турбины и ряда других мест, например в линиях отборного пара и его конденсата, находящихся под разрежением.
Для одноконтурной АЭС необходимо иметь в виду поступление в конденсатор определенных количеств продуктов радиолиза, а также благородных газов, проникающих через оболочки твэлов. Поступление продуктов радиолиза увеличивает газосодержание среды при входе в конденсатор. Так, для
турбин двухконтурной АЭС количество кислорода, поступающего в конденсатор с паром, составляет не более 0,01 мг/кг, а для турбин одноконтурной АЭС — 5 — 40 мг/кг.
В связи с поступлением в конденсатор неконденсирующихся газов давление в нем равно сумме парциальных давлений водяного пара и всех остальных газов, а конденсация водяного пара происходит при его парциальном давлении, отвечающем температуре насыщения, зависящей от температуры охлаждающей воды. Таким образом, давление в конденсаторе тем значительнее отличается от парциального давления водяного пара, чем больше газосодержание. Поэтому от степени удаления неконденсирующихся газов из конденсатора зависит степень переохлаждения конденсата, а поэтому и тепловая экономичность АЭС.
Наличие газов неблагоприятно также и для коэффициента теплоотдачи при конденсации и необходимой поверхности охлаждения в конденсаторе. Так, при массовой концентрации газов, равной 1%, коэффициент теплоотдачи при конденсации пара уменьшается вдвое по сравнению со значением, отвечающим чистому пару; при 2,5 — 3,0% — уже в четыре раза. Количество подсасываемого воздуха зависит от состояния уплотнений в местах соединений, находящихся под разрежением, и не поддается расчетному определению. Обобщение большого количества данных эксплуатации позволяет при расчете воздухоудаляющих устройств нормировать присосы воздуха в зависимости от мощности турбины в пределах от 30 до 60 кг/ч.
Количество воздуха, проникающего в конденсатор, по сравнению с расходом пара очень мало. Поэтому при непрерывном отсосе воздуха давление в конденсаторе (и, следовательно, за турбиной) устанавливается равным давлению, соответствующему температуре насыщения. Но в месте отсоса концентрация воздуха может быть существенной (рис. 9.5). По мере движения к месту отсоса полное давление меняется незначительно (паровое сопротивление конденсатора мало), а парциальное давление воздуха или газовоздушной смеси возрастает; парциальное давление водяного пара в месте отсоса уменьшается и конденсат пара, сконденсировавшегося в этой области, оказывается переохлажденным по отношению к
Рис. 9.5. Изменение давления в конденсаторе по мере движения пара к месту отсоса:
остальному конденсату. Переохлаждение конденсата вызывает снижение тепловой экономичности установки. Поэтому конструктивное оформление конденсатора должно обеспечивать догрев этой части конденсата до температуры насыщения, отвечающей давлению в конденсаторе.
Вместе с воздухом отсасывается и некоторое количество пара, что может вызвать потерю конденсата, для исключения которой паровоздушная смесь должна быть охлаждена в соответствующем теплообменнике с возвратом конденсата в систему. Так как поверхность теплообмена такого теплообменника тем больше, чем больше пара в отсасываемой смеси, то отсос целесообразно делать в области завершения конденсации. Место отсоса зависит прежде всего от направления потоков пара в конденсаторе — различают конденсаторы с нисходящим (рис. 9.6а), восходящим (рис. 9.6б) и боковым (рис. 9.6в) потоками.
Рис. 9.6. Схемы расположения теплообменных поверхностей и потоки пара в конденсаторах
Большая компактность конденсатора, приведенного па рис 9.6а, является кажущимся преимуществом, так как паровое сопротивление его наибольшее — малы проходные сечения в начале потока пара (на его полном расходе), а омывание паром всей поверхности нагрева затруднено. Главный недостаток этой схемы — наибольшее переохлаждение конденсата, так как завершение пути пара к месту отсоса совпадает с местом отвода конденсата. Современные схемы конденсаторов (рис. 9.6б, в) выполняются регенеративными — за счет контакта конденсата, сливаемого в кондснсатосборник, с основным потоком пара, поступающего в конденсатор, предупреждается или ликвидируется переохлаждение конденсата.
Воздух непрерывно отсасывается основным пароструйным эжектором. Пар к пароструйному эжектору подводят из отборов турбин. Можно использовать и выпар деаэраторов
повышенного давления, что целесообразно, так как ликвидируется лишний элемент — охладитель выпара, а расход пара с выпаром практически равен расходу, требуемому для работы основных эжекторов. Для пусковых режимов к основным и пусковым эжекторам предусматривают также подвод свежего пара через редуктор.
Для выброса воздуха его давление за эжектором должно быть выше атмосферного. При этом на двухконтурной станции воздух выбрасывают непосредственно в атмосферу, а на одноконтурной — через систему технологической вентиляции. Расход рабочего пара на эжекторы имеет заметное значение (0,5 — 0,8%) расхода на турбину, и, кроме того, некоторое количество пара поступает с воздухом из конденсатора. Во избежание потерь конденсата и для уменьшения тепловых потерь с рабочим паром конструкция эжекторов органически сочетается с холодильниками пара. Эти теплообменники охлаждаются основным конденсатом турбин; поэтому их правильнее называть подогревателями на сбросном паре эжекторов.
Затраты на эжекторы с охладителями пара тем меньше, чем меньше расход пара. Последнее достигается за счет применения двух-трехступенчатых эжекторов с одинаковыми степенями сжатия для каждой из ступеней.
Схема двухступенчатой пароэжекторной установки представлена на рис. 9.7. Чем ниже температура конденсата в охладителях, тем полнее будет сконденсирован рабочий пар первой ступени. Это уменьшит отсос паровоздушной смеси во вторую ступень, что, в свою очередь, позволит снизить расход пара на нее и тем самым общую подачу пара на эжекторы. Пароэжекторные охладители всегда устанавливают непосредственно после конденсатного насоса, то есть первыми по ходу конденсата в регенеративной системе. Использование теплоты конденсации пара эжекторов в системе регенерации обязательно, турбинный
Рис. 9.7. Схема включения паровых эжекторов для отсоса газовоздушной смеси из конденсаторов:
1 — подвод рабочего пара; 2 — выпуск воздуха; 3 — вторая ступень основного эжектора; 4 — перемычка для возможности работы одной второй ступени при пуске турбины; 5 — первая ступень основного эжектора; 6 — отвод конденсата в паровой объем конденсатора; 7 — пусковой эжектор; 8 — отсос воздуха из конденсатора; 9 — конденсатор турбины; 10 — конденсатный насос; 11 — перепуск конденсата рабочего пара эжектора из холодильника второй ступени в холодильник первой ступени; 12 — трубопровод для рециркуляции конденсата турбины при ее пуске; 13 — клапан рециркуляции и поддержания уровня в конденсаторе; 14 — кондснсатоочистка
конденсат подогревается в этих теплообменниках на 3 — 5% для конденсационных станций и на 7 — 10 для теплофикационных станций в связи с меньшим пропуском для них пара в конденсатор.
Кроме основного, постоянно работающего эжектора предусматривают установку специального пускового эжектора, включаемого в процессе пуска для первоначального удаления воздуха из конденсатора и корпуса турбины, который при ее холостом ходе также находится под разрежением. В связи с кратковременностью работы пускового эжектора его конструкция обычно проста — его выполняют одноступенчатым и часто без охладителей, а отсасываемую паровоздушную смесь сбрасывают непосредственно в атмосферу. На одноконтурной станции отсасываемая парогазовая смесь радиоактивна. В связи с этим обязателен охладитель и у пускового эжектора.
Учитывая большое влияние давления в конденсаторе на экономичность турбинной установки, основные эжекторы устанавливают с резервом — два работающих и один резервный. Пусковые эжекторы резерва не требуют.
В область отсоса газов из конденсатора сбрасывают и паровоздушную смесь из ПНД для последующего совместного удаления из системы. Особенно большое значение это имеет для одноконтурной АЭС, где все сбрасываемые радиоактивные потоки должны быть по возможности объединены, для такой станции
Рис. 9.8. Схема установки для сжигания водорода, отсасываемого вместе с паровоздушной смесью из конденсатора одноконтурной АЭС:
1 — подвод пара к основному эжектору; 2 — подвод парогазовой смеси из конденсатора; 3 — трехступенчатый эжектор; 4 — холодильники первой, второй и третьей ступеней эжекторов; 5 — отвод, конденсата после холодильников эжекторов в конденсатор турбины; 6 — подвод конденсата после конденсатного насоса первого подъема на холодильники эжекторов; 7 — электронагреватель контактного аппарата; 8 — контактный аппарат для сжигания водорода; 9 — конденсатор контактного аппарата; 10 — отвод конденсата в конденсатор; 11 — подвод конденсата после конденсатного насоса второго подъема на конденсатор контактного аппарата и его отвод ко всосу этого насоса; 12 — отвод в систему дезактивации газообразных сбросов; 13 — отвод конденсата к конденсатоочистке; 14 — дополнительный ввод пара при необходимости разбавления смеси, подаваемой в контактный аппарат
направляют в область отсоса конденсатора также и охлажденный выпар деаэраторов.
Для поддержания расчетного вакуума нельзя допускать такого повышения уровня конденсата в конденсаторе, при котором из теплообмена будет исключаться часть поверхности охлаждения. С другой стороны, неблагоприятно и значительное снижение уровня конденсата или, тем более, полное опорожнение конденсатора, так как это может привести к уменьшению напора воды над насосом и к кавитации при входе в конденсатный насос. Задачу поддержания уровня конденсата в конденсаторе решает специальный клапан рециркуляции (13 на рис. 9.7).
Для уменьшения расхода пара на эжекторы необходимо следить прежде всего за плотностью соединения корпуса конденсатора с выхлопным патрубком турбины, так как сечение этого соединения наибольшее.
На одноконтурной станции паровой эжектор непрерывно удаляет образующиеся в реакторе продукты радиолитического разложения воды, в том числе атомарный водород и атомарный кислород. Для предотвращения возможного образования гремучей смеси в специальных контактных аппаратах организуют сжигание водорода (рис. 9.8). Если основной эжектор имеет холодильники не после всех трех ступеней, а только после двух первых, то перед электронагревателем контактного аппарата устанавливают специальный холодильник, максимально сокращающий объемы, проходящие в контактный аппарат. Электронагреватель позволяет ускорить реакцию в контактном аппарате. Для предотвращения образования гремучей смеси на тракте от холодильника третьей ступени эжектора до контактного аппарата имеется возможность разбавления концентрации водорода за счет подачи дополнительного пара по линии 14. Последующий выброс в атмосферу производится после дезактивации.