蒸汽發(fā)生器概述(47頁)

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1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,蒸汽發(fā)生器,作用:,1,、作為熱交換設(shè)備,產(chǎn)生蒸汽;,2,、作為連接設(shè)備,隔離一、二回路。,,類型,按照,工質(zhì)流動方式,:,自然循環(huán)式、強(qiáng)迫循環(huán)式;,按,傳熱管形狀,:,,U,型管、直管、螺旋管等;,按,設(shè)備安裝方式,:立式、臥式。,在壓水堆核電廠中廣泛使用的蒸汽發(fā)生器有兩種類型:一種是帶汽水分離器的,飽

2、和蒸汽發(fā)生器,;一種是,立式直管強(qiáng)迫循環(huán)型,蒸汽發(fā)生器。在近代核電廠中,以前者應(yīng)用較廣。,類別,放置,傳熱管,蒸汽,生產(chǎn)廠家或國家,自然循環(huán),立式,U,型管,飽和汽,美國西屋公司、燃燒公司、法國、西德,,臥式,U,型管,飽和汽,俄羅斯,強(qiáng)迫循環(huán),立式,,直管,微過熱汽,美國,B&W,公司,表,3.4,幾種主要的蒸汽發(fā)生器,,(一)特征,1,.自然循環(huán);,2,.產(chǎn)生飽和蒸汽;,3,.一回路水在由管板連接的,U,型管,組成的管束內(nèi)流動;,4,.在管束上方裝有,汽水分離器,和蒸汽干燥裝置。,立式飽和蒸汽發(fā)生器,法國設(shè)計(jì)的,55/19,型蒸汽發(fā)生器,型式,U,型管自然循環(huán)式,,一次側(cè)設(shè)計(jì)壓力(,MPa

3、,)  一次側(cè)設(shè)計(jì)溫度(,℃,)  二次側(cè)設(shè)計(jì)壓力(,MPa,)  傳熱管材料  傳熱管尺寸  傳熱管數(shù)目  傳熱面積(,m,2,)  上筒體外徑(,m,)  總高(,m,),17.23,,343,,8.3,,Inconel-690,,19.05*1.09 m m,,4474,根,5435,,4.48,,20.8,法國,55/19,型蒸汽發(fā)生器的主要設(shè)計(jì)參數(shù),,,大亞灣核電站,蒸汽發(fā)生器采用法國法馬通公司的,55/19B,型蒸汽發(fā)生器,,,傳熱管為,?,19.05,?,1.09 mm,的因科鎳,690TT,。蒸汽量為,539 kg/s,,蒸汽壓力為,6.75 MPa,。,,,立式,U,型管自然

4、循環(huán)蒸汽發(fā)生器是由,,外殼,—,水室,、,管板和管束,、,蒸汽干燥,,裝置,等組成。,(二)結(jié)構(gòu),外殼,由,鐵素體鋼板,制成。包括,上封頭,(蒸汽出口管咀中有若干限流器)、,上筒體,(,設(shè)有給水管咀并與給水環(huán)管相連,)、,下筒體,(,靠近管板處設(shè)有若干個檢查孔,)以及,錐形體,。,一回路水室,(下封頭),它焊在管板上,用,因科鎳隔板,分割成冷卻劑進(jìn)、出口兩個水室。,1,、外殼,—,水室,,上封頭,通常為標(biāo)準(zhǔn)橢球形。蒸汽,出口管咀,中有若干個由小直徑文丘里管組成的,限流器,。用于在主蒸汽,管道破裂事故,時限制最大蒸汽流量,從而限制蒸汽發(fā)生器二次側(cè)部件和一回路系統(tǒng)的冷卻速率,可以,防止反應(yīng)堆在緊急

5、停堆后又重返臨界,。,,上筒體,設(shè)有給水管咀并與給水環(huán)管相連。給水環(huán)管上設(shè)有若干,倒置,J,型管,。還設(shè)有兩,個人孔,,必要時可以進(jìn)人更換干燥器。,,下筒體,在靠近管板處設(shè)有若干個,檢查孔,,以便檢查該區(qū)域內(nèi)的傳熱管表面和管板的,二次側(cè)表面,,在必要時可用高壓水沖洗管板上表面沉積的淤渣。,,下封頭(一回路水室),是蒸汽發(fā)生器中承受壓差最大的部件,通常呈半球形。 其應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜,通常采用沖壓成型制造,技術(shù)難度大;也有的采用,低合金鋼,鑄造,工藝較簡單,但須嚴(yán)格控制鑄件質(zhì)量。,管束,:,因科鎳管,倒,U,型排列,管子焊接在管板上。,管板,:,低合金鋼鍛造而成,很厚,(,500-700 mm,)

6、。,隔板(支撐板),:,管子按正方形柵格布置,其間距以支撐板來維持,在管束整個長度方向設(shè)有,7-8,塊支撐板,支撐板之間用,拉桿,固定。,2,、管板和管束,早期的支撐板采用,圓形管孔,和,流水孔,結(jié)構(gòu);,新的設(shè)計(jì)普遍采用,四葉梅花孔,(,右圖,),。這種開孔將支撐孔和流通孔道結(jié)合在一起,增加了管,-,孔之間的流速,減少了腐蝕產(chǎn)物和化學(xué)物質(zhì)的沉積,使得該區(qū)的腐蝕狀況大為改善。,抗振桿,:,在管束拱形部分,籍,抗振桿,固定以避免運(yùn)行中由于流體流動誘發(fā)震動導(dǎo)致管板損壞。,圍板,:,鋼制圍板,給水在這個圍板和蒸汽發(fā)生器外殼的內(nèi)側(cè)間與,再,循環(huán)水,混合后向下流動,通過圍板底部與管板之間的空隙向上流而沖刷

7、管束。,“U”,型傳熱管,“U”,型管采用無縫管材,其材料需有良好的抗腐蝕性能,并要求在運(yùn)行溫度下有高的強(qiáng)度。,,管徑選擇:,,小管徑:,管壁薄,傳熱好,耗材少,可使設(shè)備體積小。但過細(xì)的管子剛性差,易發(fā)生振動。且“,U”,型管數(shù)量多,增加了管板的鉆孔數(shù)目。,,大管徑:,管壁厚,傳熱差,設(shè)備體積增大,并增加了單根管的長度,使拉管工藝難度增大。但抗振安全性好。,歐美大型蒸汽發(fā)生器的管徑約為,22 mm,左右。,,材料選擇:,現(xiàn)代多數(shù)選用因科鎳(如,Inconel 690,)或用因科洛依(如,Incoloy 800,)等,鎳基合金,,經(jīng)特殊工藝處理后,,強(qiáng)度高,管壁薄,(,22mm,管徑的壁厚一般為

8、,1.2—1.3mm,)。故熱阻小,所需總換熱面積小,但材料,價(jià)格較昂貴,。,,常用管徑為,22,mm,、,19 mm,、,15.8 mm,,相應(yīng)壁厚為,1.27mm,、,1.09mm,、,0.86mm,。,過去使用的,18-8,不銹鋼,,強(qiáng)度低,管壁厚,換熱面積大,產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕損失要比鎳基合金產(chǎn)生的晶間腐蝕的幾率大得多。,,水質(zhì)控制:,在運(yùn)行時,要保持水質(zhì)成,堿性,(,pH>10,)和,減少水中的含氧量,以減緩腐蝕速率;,減少給水的含鹽量,以降低管壁積垢,提高傳熱效果(故現(xiàn)代大型核電站采用揮發(fā)性水處理,以減少給水中含鹽量)。,,18-8,不銹鋼,在氧離子、氯離子存在的情況下,最容易產(chǎn)生應(yīng)力腐

9、蝕,這是蒸汽發(fā)生器中引人注目的問題。,腐蝕易發(fā)生在:“,U”,型管和管板的脹接處、接近管板上表面處和固定管束的支撐板和防震格架等處。,故要嚴(yán)格控制運(yùn)行水質(zhì),并對爐水進(jìn)行定期與連續(xù)的排污;改進(jìn)制造工藝,消除殘余應(yīng)力。,管 板,,管板一般選用,高強(qiáng)度低合金鋼材,制造。鍛件毛胚重達(dá),50-100,噸,成品直徑約為,2.5-3.5,米,厚約,500-700,毫米,屬超厚鍛件。,一回路冷卻劑側(cè)有,9-10,毫米厚的不銹鋼堆焊層,。,由于管板大而厚,且開有密集的深孔,5000-8000,個,故它的制造工藝難度很大,生產(chǎn)周期也較長。,,為了確保一回路系統(tǒng)的密封性,“,U”,型傳熱管和管板的連接是十分重要的

10、問題。通常采用,脹接,和,焊接,雙重連接形式。,一般在管板鉆孔的全深度上進(jìn)行脹管,以保證管子管板間貼合良好。脹接后的管子在管板堆焊層的一側(cè)再進(jìn)行密封焊。,,目的:,減少在管板表面的雜質(zhì)淤積及管子與管板間隙的干濕交替現(xiàn)象,可能引起化學(xué)物的濃集。,,二次側(cè)水與管束接觸后,在倒“,U”,型管束的管外空間上升時被加熱汽化,對帶有大量水分的,水,—,蒸汽混合物,的干燥分兩個階段進(jìn)行。,第一步:,水,—,蒸汽混合物離開管束后先通過,旋流葉片式分離器,(粗分離器);,3,、蒸汽干燥裝置,,(大亞灣)汽水分離器由,16,個直徑為,500 mm,的旋葉式分離器組成,每個分離器采用兩只切向疏水口和兩級疏水,設(shè)計(jì)了

11、,4,片導(dǎo)流螺旋葉片,升角為,30,。每個分離器的額定負(fù)荷為,33.6 kg/s,。,,,在分離筒內(nèi)裝有一組固定的螺旋葉片。當(dāng)汽水混合物流過時,由直線運(yùn)動變?yōu)槁菪€運(yùn)動,由于離心力作用使汽水分離,在中心形成汽柱而在筒壁形成環(huán)狀水層。,水沿壁面螺旋上升至阻擋器,然后折返流經(jīng)分離筒與外套筒構(gòu)成的疏水通道而進(jìn)入水空間。當(dāng)出口管內(nèi)徑與汽水兩相充分分層時的蒸汽柱大致相同時,能取得良好的分離效果。,,第二步:,從分離器出來的蒸汽通過,人字形干燥器,(細(xì)分離器)。,經(jīng)干燥后有了一定干度的飽和蒸汽(其額定濕度為,0.25%,)匯集于頂部,從蒸汽出口管引出,經(jīng)二回路主蒸汽管通往汽輪機(jī)。,,汽水混合物在波紋板間流

12、動過程中多次改變流動方向,從而使夾帶的小水滴被分離出來。波紋板上的多道擋水鉤收集板面水膜并捕集蒸汽流中的水滴,分離出的水匯集后沿凹槽流入疏水裝置。,,汽水分離器是自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的重要部件。,這不僅由于合格的蒸汽品質(zhì)是汽輪機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件之一,還由于自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的尺寸在很大程度上取決于汽水分離裝置的結(jié)構(gòu)和工作特性。,飽和蒸汽發(fā)生器是用,自然循環(huán)式,的,其原理圖見右圖。在這類蒸汽發(fā)生器里,循環(huán)回路由,下降通道,、,上升通道,和連接它們的,管束圍板缺口,以及,汽水分離器,等組成。,(三)飽和蒸汽發(fā)生器,的運(yùn)行原理,運(yùn)行中的問題,,蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行主要有兩個問題:,——,水位的保持,

13、,——,腐蝕的限制,1,、蒸汽發(fā)生器的水位,蒸汽發(fā)生器的水位,是指在蒸汽發(fā)生器筒體和管束外圍板之間的環(huán)形腔室內(nèi)測得的水位,也就是,冷水柱的水位,。,若,水位過高,,將導(dǎo)致流向汽輪機(jī)的蒸汽濕度過大;,若,水位過低,,會引起一回路冷卻不充分,有導(dǎo)致堆芯燒毀的危險(xiǎn)。管束因溫度升高將可能破裂;同時,使蒸汽進(jìn)入給水環(huán),故在給水管道中有產(chǎn)生,汽錘,的危險(xiǎn)。,,蒸汽發(fā)生器,水位的調(diào)節(jié),,是依靠控制給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的,進(jìn)水流量閥門,而實(shí)現(xiàn)的,可以通過改變汽動給水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)整給水管和給汽管間的壓力差,而以測得的壓力差與負(fù)荷變化的整定值比較。,水位的調(diào)節(jié),,(P102),2,、腐蝕的限制,,蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電

14、廠的主要設(shè)備,也是核電廠運(yùn)行中發(fā)生故障最多的設(shè)備之一。大多數(shù)故障是由于各種腐蝕(晶間腐蝕、晶間應(yīng)力腐蝕、微振磨損、凹陷和耗蝕)使,“,U”,型管,或,管子與管板接頭處,發(fā)生泄漏。,隨著給水進(jìn)入二次側(cè)的非揮發(fā)性雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物會在平管板上沉積成泥渣堆,也會積聚在支撐板與管子間的縫隙里和沉積在傳熱管外壁。這些沉積物中有許多是化學(xué)性質(zhì)活潑的雜質(zhì)和氧化物,,,為傳熱管的腐蝕提供了環(huán)境條件。,1993,年,1,月,美國,特洛伊,(Trojan),成為第一個因蒸汽發(fā)生器事故而永久性停堆的機(jī)組。,1993,年,1,月,25,日,,載恩,(Zion),核電站,2,臺機(jī)組又因蒸汽發(fā)生器的事故而提前停堆。,1989

15、,年,法國的,1300,MW核電站,,因蒸汽發(fā)生器管板上存在著金屬微粒,運(yùn)行中被氧化而引起傳熱管產(chǎn)生凹痕。,美國愛迪生公司,印第安角,2,核電站,是于,2000,年,2,月,15,日因蒸汽發(fā)生器管道破裂而停堆的。,為了保證蒸汽發(fā)生器的可靠性,,大亞灣核電站,蒸汽發(fā)生器在每次換料停堆期間都要進(jìn)行機(jī)械清洗(采用法國,SRA,公司的機(jī)械清洗裝置);,,秦山核電站,也于,1998,年,7,月第,4,次換料停堆后首次機(jī)械清洗了蒸汽發(fā)生器。,機(jī)械清洗技術(shù)目前以,美國的,CECIL,裝置,為最先進(jìn),能實(shí)現(xiàn)沖洗、檢查與外來物取出一體化。,限制腐蝕的措施主要有:,選用合適的管材;,加快管板部位的水流速以改善清洗

16、作用;,控制水質(zhì),降低溫度;,對所有傳熱管進(jìn)行熱處理,,以消除殘余應(yīng)力和改善晶相組織;,更換防振桿,。,多年來研究者都在尋找高性能耐腐蝕傳熱管材料。早期的核電廠中,廣泛采用,奧氏體不銹鋼,作為傳熱管材,由于這類材料在含,Cl,-,,,O,2,,,OH,-,的高溫水中對應(yīng)力腐蝕破裂敏感(主要的應(yīng)力是管子在制造和裝配時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力)。,近年來,壓水堆核電廠中已廣泛采用,因科鎳,-690,作為傳熱管材,提高了鎳含量可以大大提高材料耐氯離子應(yīng)力腐蝕能力,但鎳含量較高的因科鎳,-690,對晶間應(yīng)力腐蝕(晶界發(fā)生與應(yīng)力有關(guān))敏感。因此,人們在試用含鎳量中等的因科鎳,-800,。,<,一,>,優(yōu)點(diǎn),,傳熱

17、系數(shù)很大,,熱交換是以,泡核沸騰,形式進(jìn)行的;,,U,型管可自由膨脹;,,蓄水容積大,,具有緩沖作用,對給水及蒸汽自動控制要求不高;,可以通過排污量調(diào)整水質(zhì);,可應(yīng)用在常規(guī)鍋爐中得到的經(jīng)驗(yàn)。,(四)飽和蒸汽發(fā)生器的優(yōu)缺點(diǎn),<,二,>,,缺點(diǎn),只能得到飽和蒸汽,對汽輪機(jī)中間去濕裝置的要求高;,飽和蒸汽溫度低,因此蒸汽壓力相對較低,使得二回路效率不太好;,上部的干燥設(shè)備占很大體積,使蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜;,為防振,管子拱形部分的固定很困難;,管板有很大的尺寸,造成一些結(jié)構(gòu)上的困難。,(五)臥式,U,型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器,,俄羅斯和一些東歐國家的壓水堆核電廠,廣泛采用臥式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器。這種臥式

18、蒸汽發(fā)生器為,水平放置的單殼體結(jié)構(gòu),。給水預(yù)熱、二次側(cè)蒸汽的產(chǎn)生、汽水分離及蒸汽干燥都在同一個外殼內(nèi)進(jìn)行。,,優(yōu)點(diǎn):,1,)沒有水平管板,取而代之的是立式圓柱形連箱。在聯(lián)箱表面不會形成滯流區(qū)。,,2,)具有較大的蒸汽空間,單位蒸發(fā)面的負(fù)荷較立式蒸汽發(fā)生器的小,因而采用較簡單的汽水分離裝置就能保證蒸汽質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)。,缺點(diǎn):,1,)出口蒸汽的濕度對水位波動比較敏感,因而對水位控制要求校高。,,2,)臥式安放,不便于在安全殼內(nèi)布置。,,俄羅斯的這種蒸汽發(fā)生器經(jīng)過幾次改進(jìn),包括采用較小直徑的傳熱管使受熱面積增加,聯(lián)箱內(nèi)腔結(jié)構(gòu)改進(jìn)以便允許修理和更換有缺陷的傳熱管。新型大功率蒸汽發(fā)生器為,лгв-1000

19、y,型,示于圖,3.34,。其蒸發(fā)量為,1470 t/h,,殼體直徑為,4.4 m ,,長,14.5 m,,傳熱管尺寸,16×1.5mm,,共有傳熱管,9157,根。,我國,田灣核電站,采用這種蒸汽發(fā)生器。,在少數(shù)壓水堆核電廠中采用了,直流式蒸汽發(fā)生器,。如圖,在這種蒸汽發(fā)生器內(nèi),無水的再循環(huán),二次側(cè)工質(zhì)的流動依靠給水泵的輸送實(shí)現(xiàn)。外力強(qiáng)迫工質(zhì)一次性流過傳熱管,在冷卻劑加熱下,給水經(jīng)過預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱而達(dá)到所需要的溫度。,直流蒸汽發(fā)生器,,優(yōu)點(diǎn),:,①,出口得到的通常是過熱蒸汽,,有較高的熱效率,。,②,它的傳熱管是直管式,且不帶汽水分離器、蒸汽干燥裝置等,因此,便于制造和組裝,。,,嚴(yán)重缺點(diǎn),:,①,二回路水容量小,,一旦給水中斷,二回路容易燒干,不能把一回路熱量傳出去,而引起事故,因此對給水自動控制的要求很高。,②,它不能象自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器那樣排污,給水帶入的鹽分將大部分沉積在傳熱管上。,因此,直流式蒸汽發(fā)生器對,給水品質(zhì),及,傳熱管材的抗腐蝕性能,要求高。,中國核電論壇,

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