Выбор вентилятора и дымососа

Вентилятор и дымосос должны надежно обеспечивать подачу необходимого для горения топлива воздуха в топку и удаление продуктов его сгорания из котла при всех ре­жимах его работы, поддерживая заданное постоянное раз­режение или давление в топке. При этом на привод вен­тилятора и дымососа должно расходоваться минимально возможное количество электроэнергии.

Основными параметрами, определяющими выбор вен­тилятора и дымососа, являются требуемая их подача и дав­ление при номинальной нагрузке котла.

Необходимая подача вентилятора, м3/ч, определяется по формуле

а подача дымососа, м3/ч, по формуле

где Вр — расчетный расход топлива, кг/ч или м³/ч; V_в⁰ — теоретический расход воздуха, м³/кг или м³/м³; V_г — объ ем продуктов сгорания топлива при α_т, м³/кг или м³/м³; α_т, Δα_в, Δα_вп, Δα_пл — коэффициент избытка воздуха в топ­ке, увеличение α_в за счет присосов в газоходах, увеличение α_вп за счет потерь воздуха в воздухоподогревателе, умень­шение α_пл за счет поступления воздуха в топку из системы пылеприготовления; t_x.ви t_г— температуры воздуха, по­ступающего в вентилятор, и газов, поступающих в дымосос, °С; β₁ — коэффициент запаса по подаче, принимаемый рав­ным 1,05; р_рц — доля рециркулирующего воздуха при пода­че части горячего воздуха из воздухоподогревателя в вен­тилятор.

Необходимое полное давление вентилятора или дымо­соса — перепад полных давлений во входном и выходном их патрубках, Па, определяется по формуле

р_р = β₂Δр_п,

где Δр_п — перепад полных давлений по воздушному или га­зовому тракту котла, Па; β₂ — коэффициент запаса по дав­лению, принимаемый равным 1,1.

Мощность на валу вентилятора или дымососа, кВт, оп­ределяется по формуле

где η_в — КПД вентилятора (или дымососа); Q — подача вентилятора или дымососа, м³/с. Для современных машин η_в=0,7…0,75.

Заводами-изготовителями характеристика вентилятора и дымососа, т. е. связь между подачей и полным давлени­ем, дается для воздуха при температуре 20°С и давлении его 102·10³ Па (760 мм рт. ст.,), поэтому при выборе ма­шины подачу и давление необходимо привести к заводским условиям.

В процессе работы котла возникает необходимость ре­гулирования подачи вентилятора и дымососа в соответст­вии с нагрузкой котла с целью обеспечения заданного ко­эффициента избытка воздуха.

Характеристики работы центробежного вентилятора в зависимости от способа регулирования показаны на рис. 12. При изменении частоты вращения характеристика ма­шины изменяется примерно по следующим соотношениям:

и, соответственно, затрачиваемая мощность машины при неизменном КПД при различных режимах изменяется по соотношению

Здесь Q₁ и Q₂ — подача при I и II режимах, м³/ч; p₁ и р₂— полные давления при I и II режимах, Па; п₁ и п₂ — часто­ты вращения при I и II режимах, об/мин; N₁ и N₂ — мощ­ности при I и II режимах, кВт.

 

Рис. 12. Характеристика эффектив­ности систем регулирования:

1— полезная мощность, затрачиваемая на транспорт воздуха и газа; 2 — регулиро­вание направляющим аппаратом; 3 — ре­гулирование направляющим аппаратом при двухскоростном электродвигателе n_1/ n₂= 0,8; 4 — регулирование гидромуф­той; 5 — регулирование при коллектор­ном электродвигателе переменного тока с фазовым ротором

 

 

При применении асинхронных электродвигателей с рео­статами в цепи ротора или гидромуфты с учетом возника­ющих дополнительных потерь потребляемая мощность пропорциональна, примерно, квадрату отношения частот вра­щения.

При регулировании направляющим аппаратом измене­ние характеристики машины сопровождается дополнитель­ными потерями в ней и снижением ее КПД. Снижение КПД зависит от конструкции машины и направляющего аппа­рата, глубины регулирования и положения направляющих лопаток при данном режиме. Однако благодаря простоте конструкции направляющего аппарата и несложности его обслуживания при относительно высокой экономичности та­кой способ регулирования является наиболее распростра­ненным. Мощность на валу машины при полностью откры­том направляющем аппарате определяется по формуле

При всех прочих режимах мощность на валу машины, кВт, определяется по формуле

где Q — подача вентилятора или дымососа при данном ре­жиме, м³/с; Δр_п — перепад полных давлений тракта, Па; η_э — эксплуатационный КПД машины при данном режиме.

При регулировании направляющим аппаратом

η_э = η_рег· η_исх

где η_рег — КПД регулирования, зависящий от глубины ре­гулирования, конструкции машины и направляющего ап­парата, а также от положения исходного режима на ха­рактеристике машины, т. е. от характеристики тракта; η_исх — КПД вентилятора или дымососа при номинальной нагрузке.

Установленная мощность электродвигателя, кВт, для привода вентилятора или дымососа определяется по фор­муле

где β_э — коэффициент запаса мощности электродвигателя, равный 1,1; Q_p — подача машины при расчетном режиме, м³/с; р_р — расчетное полное давление машины, Па; η_э — эксплуатационный КПД машины при расчетном режиме. При регулировании направляющим аппаратом η_э опре­деляется по формуле

η_э = η_рег· η_исх

или по характеристике маши­ны. При этом область рабочих режимов машины должна быть в пределах значений КПД не ниже 90 % оптимального его значения.

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ АЭС

Современные АЭС являются паротурбинными. Источником энергии для выработки пара на АЭС является ядерный реактор, в котором при делении ядер некоторых тяжелых элементов (уран - U, плутоний - Рu) высвобождается ядерная энергия, преобразуемая в тепловую. При полном делении 1 кг урана-235 выделяется 86,4·10⁶ МДж энергии, т. е. примерно в 3 млн. раз больше, чем при сжигании 1 кг органического топлива.

Принципиальные схемы ядерного реактора показаны на рис.13.

Делящееся вещество (ядерное горючее») размещают в так называемых тепловыделяющих элементах (твэлах), покрытых защитной оболочкой. Выделяющиеся при делении ядер ²³⁵ U вторичные нейтроны движутся с огромной скоростью (15000 км/с), имея энергию примерно 5 МэВ. Для увеличения вероятности встречи нейтронов с ядрами 235 и поддержания реакции необходимо замедлить скорость их движения.

Снижение энергии нейтронов достигается применением различных замедлителей (графит, вода обычная или тяжелая), имеющих в своем составе легкие атомы, сталкиваясь с которыми быстрые нейтроны теряют скорость. Располагаемые в реакторе ТВЭлы окружены отражателем, уменьшающим потери нейтронов в окружающую среду. Теплота, выделяющаяся при распаде ядерного топлива, отводится от расположенных в реакторе ТВЭлов первичным теплоносителем. Применяются жидкие и газообразные теплоносители, которые передают теплоту рабочему телу — воде, пароводяной смеси, пару.

Рис. 13. Принципиальные схемы ядерных реакторов:

а— канальный: б — корпусной газографитовый; в— корпусной водо-водяной; 1 тепловыделяющий элемент; 2 — замедлитель; 3 — подвод теплоносителя; 4 — отвод теплоносителя; 5 — отражатель; 6— регулирующий стержень; 7 — корпус; 8— биологическая защита

В качестве жидких теплоносителей для котлов АЭС могут применяться обычная и тяжелая вода, органические вещества (низкотемпературные теплоносители) и жидкие металлы (высокотемпературные теплоносители).

В качестве газового теплоносителя наибольшее распространение находит диоксид углерода. Весьма перспективным являются гелий и другие инертные газы. При газовом теплоносителе, как и при жидкометаллическом, может быть получена высокая температура. Такой газовый теплоноситель не обладает химической активностью, является коррозионноинертным, практически не разлагается в активной зоне и не активируется. Недостатками большинства газовых теплоносителей являются их низкие теплопроводность, теплоемкость и плотность.

Выбор оптимального теплоносителя для котлов АЭС решается на основе технико-экономических сопоставлений при учете протекающих ядерно-физических, теплофизических и физико-химических процессов.

Реактор, схема которого показана на рис. 13, а, называется канальным. Теплоносителем в нем является вода, циркулирующая в трубках (каналах), а замедлителем — графит. Реакторы корпусного типа приведены на рис. 13, б и в. На схеме рис. 13,б показано применение газового теплоносителя, который заполняет весь объем (корпус) реактора, омывая при движении твэлы и отводя от них теплоту. Замедлителем здесь также является графит. Другой тип корпусного реактора показан на рис. 13, в, в котором вода одновременно является теплоносителем и замедлителем. Во всех реакторах предусмотрена биологическая защита от ионизирующих излучений.

 

ЛЕКЦИЯ 8

В реакторах комбинированного назначения наряду с распадом ²³⁵ U идет синтез нового ядерного топлива

Возможность получения ядерного топлива в большем количестве, чем его было израсходовано, открывается при применении реакторов - размножителей. В отличие от реакторов на медленных (тепловых) нейтронах, в которых нейтроны имеют энергию 0,025 эВ, в реакторах-размножителях нейтроны должны иметь энергию 0,1—0,4 МэВ. Такие реакторы называются реакторами на быстрых нейтронах.

Чтобы повысить вероятность протекания процесса, увеличивают концентрацию ядер ²³⁵ U) в зоне реакции путем применения урана, обогащенного изотопом ²³⁵ U . Замедлитель в реакторах на быстрых нейтронах не применяют. Отражатель изготовляют из ²³⁸ U. В таких реакторах значительно увеличивается тепловыделение, что требует применения теплоносителя, способного отводить большие тепловые потоки.

Получение рабочего пара может быть осуществлено непосредственно в реакторе или в специальном теплообменнике-парогенераторе за счет теплоты, переданной теплоносителем из ядерного реактора. В первом случае теплоноситель, охлаждающий элементы реактора, является одновременно и рабочим телом (рис. 14, а). Такая АЭС называется одноконтурной.

Во втором случае теплота, воспринятая теплоносителем в реакторе, передается в теплообменнике рабочему телу (воде, пароводяной смеси, пару). Такая АЭС называется двухконтурной (рис. 14,б).

В современных одноконтурных АЭС теплоносителем и рабочим веществом является кипящая вода. Примером такой одноконтурной станции является второй блок Белоярской АЭС с канальным реактором и графитовым замедлителем, общая принципиальная схема которой соответствует рис. 13, а. Образующаяся в испарительных каналах реактора пароводяная смесь направляется в барабан-сепаратор. Насыщенный пар проходит пароперегревательные каналы, перегревается (р =8,8 МПа, t_п.п=500^оС) и направляется в турбину. Из конденсатора питательная вода (конденсат) с соответствующей подпиткой и вода из барабана-сепаратора вновь поступают в парогенерирующие элементы реактора. В рассматриваемой одноконтурной схеме реактор является генератором пара.

Рис.14. Принципиальные технологические схемы одноконтурной и двухконтурной АЭС:

а — одноконтурная; б — двухконтурная; 1 — атомный реактор; 2— парогенерирующие каналы; 3 — барабан-сепаратор; 4— циркуляционный насос; 5— пароперегревательные каналы; 6 — турбина; 7— электрогенератор; 8 — конденсатор; 9 питательный насос; 10 — парогенератор; 11 — подпитка

В двухконтурной АЭС (рис.14,б), реализованной на Нововоронежской станции, теплоносителем, циркулирующим в первом контуре (корпусном реакторе) и теплообменнике-парогенераторе, является горячая некипящая вода. Одновременно вода является и замедлителем. На выходе из водо - водяного энергетического реактора (ВВЭР) давление воды составляет 12—16 МПа при температуре около 300—320°С. В парогенераторе теплоноситель, охлаждаясь до 269—289^оС отдает теплоту воде паросилового (второго) контура с получением насыщенного пара давлением около 4,5—6,5 МПа.

В отличие от одноконтурных АЭС, в которых все паротурбинное оборудование является радиоактивным, в двухконтурных АЭС второй контур нерадиоактивен.

Применяются также трехконтурные АЭС. Примером трехконтурной АЭС с жидким металлическим теплоносителем (натрием) является Шевченковская АЭС с реактором на быстрых нейтронах. Натрий, циркулирующий в реакторе (первый контур), имеет повышенную радиоактивность. Для повышения безопасности теплота от этого теплоносителя передается рабочему веществу в парогенераторе (третий контур) через промежуточный теплоноситель, которым также является расплавленный натрий. В промежуточном (втором) контуре натрий уже нерадиоактивен.