Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет

Энергомашиностроительный факультет
Кафедра Атомных и тепловых энергетических установок
КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина: Режимы работы и эксплуатации атомных электрических станций
Тема: Выбор оптимального варианта повышения мощности турбообводом в составе энергоблока ВВЭР-640

Выполнил студент гр. 5М37/2:	Ерёмин Н.Н.
Руководитель, к.т.н., доц.:	Мышкин Н.С.

2001 г.


РЕФЕРАТ

страниц 21, рисунков 4

ТУРБООБВОД ЦВД, ТУРБООБВОД ЧВД, РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

          Рассчитана система повышения мощности ПТУ турбообводом. Рассмотрены два варианта вспомогательных турбин для двух вариантов их включения в технологическую схему. Проанализированы результаты расчетов. Произведен выбор оптимального варианта компенсации мощности турбообводом.

ABSTRACT

pages 21, figures 4

BYPASS TURBINE OF HPC, BYPASS TURBINE OF LPC, TECHNOLOGICAL EQUIPMENT REGIME CALCULATIONS.

          Steam-turbine plant capacity increasing system with bypass turbine was calculated. Two variants on bypass turbine for both variants of connection were considered. Calculation results were analyzed. The optimal scheme of capacity compensating system with bypass turbine was chosen.


Список использованных сокращений


АЭС – атомная электрическая стация;

ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор;

Д – деаэратор;

К – конденсатор;

ПВД – регенеративный подогреватель высокого давления;

ПНД - регенеративный подогреватель низкого давления;

ПТУ – паротурбинная установка;

ПГ – парогенератор;

ПП – промежуточный пароперегреватель;

С – сепаратор;

СПП – сепаратор пароперегреватель;

ЦВД – цилиндр высокого давления основной турбины;

ЦНД – цилиндр низкого давления основной турбины;

ЧВД – часть высокого давления ЦВД основной турбины;

ЧСД – часть среднего давления ЦВД основной турбины.


Содержание

Введение.................................................................................................................. 5

Расчет схемы включения дополнительной турбины на обводе ЦВД..................... 6

Алгоритм расчета................................................................................................. 6

Расчет схемы включения дополнительной турбины на обводе ЧВД................... 17

Анализ вариантов включения обводной турбины................................................ 20

Список использованной литературы.................................................................... 21

Введение

В соответствии с растущими во всем мире требованиями к безопасности АЭС, в нашей стране было принято решение о создании энергоблоков нового поколения, повышенной безопасности и надежности. Такой тип энергоблоков, как предполагалось, должен был получить широкое распространение в нашей стране. Поэтому многие из них могли быть построены в достаточном удалении от центральных энергосистем. Следовательно, в районах строительства таких энергоблоков не будет мощных потребителей вырабатываемой электроэнергии. Поэтому было принято решение о создании блоков средней мощности. За основу разработки реакторной установки был взят реактор ВВЭР-1000 с пониженной тепловой мощностью, в результате чего была повышена безопасность и надежность схемы в целом. Понижение мощности привело к замене части активных систем зашиты на пассивные, что в свою очередь увеличивает надежность системы безопасности реактора.

Этот проект получил название НП-500. Предполагавшаяся электрическая мощность реакторной установки была равна 500 МВт. Для этого реактора ЛМЗ спроектировал турбину К-600-6,9/50. Как видно из названия, данная турбина обеспечивала запас по мощности, по сравнению с реактором. Но в процессе разработки и тщательного расчета нейтронно-физических свойств АЗ было обосновано повышение мощности реактора из расчета 640 МВт (эл.). Поскольку турбоустановка, работая в номинальном режиме, вырабатывает 600 МВт электроэнергии, а реактор спроектирован на электрическую мощность 640 МВт, то необходимо рассмотреть варианты увеличения мощности паротурбинной установки. Первым из них является непосредственное увеличение мощности ПТУ за счет перепроектирования или доработки уже существующей турбины. Этот вариант достаточно дорогостоящ, поскольку потребуется разработка нового ЦВД и получение лицензий на новый тип турбин. Второй вариант требует меньших финансовых затрат для реализации. Его можно реализовать, установив вспомогательную турбину на обводе ЦВД. При этом получается выигрыш за счет мощности, производимой самой вспомогательной турбиной, и мощности, полученной за счет увеличения расхода через ЦНД основной турбины. При анализе этого варианта следует учесть изменение режимов работы всего технологического оборудования второго контура, в связи с чем появляется необходимость пересчета технологической схемы для режимов работы с включенной вспомогательной турбиной, и без нее.

В рамках бакалаврской работы [1] были посчитаны режимы работы технологического оборудования второго контура при подключении вспомогательной турбины на обводе ЦВД. Для получения зависимостей между схемами включения вспомогательной турбины и её конструкциями следует посчитать различные схемы включения дополнительной турбины, и характеристики ПТУ на различных режимах работы.

Таким образом, целью данной работы является определение зависимостей между схемами включения вспомогательной турбины и её конструкциями и нахождение наиболее экономически выгодного варианта использования турбообвода.

Расчет схемы включения дополнительной турбины на обводе ЧВД

Расчетная тепловая схема представлена на рис.3. Расчет проводится по аналогичному алгоритму, что и для схемы включения вспомогательной турбины на обводе ЦВД. Процесс расширения пара в основной и обводной турбине представлен на рис. 4.

Для данной схемы включения используется одновенечная ступень скорости. Выбор одновенечной ступени обусловлен следующими условиями: конструкция турбины должна иметь меньшие габариты для размещения на обводе ЧВД. Этот вариант ступени скорости имеет больший относительный окружной КПД по сравнению с предыдущим вариантом [3, с.239]. В то же время одновенечные ступени скорости имеют максимальные значения h_u при U/C₀ около 0,5.

Полученная в результате расчета мощность турбины составляет 4,5 МВт, что меньше мощности двухвенечной ступени. Однако одновенечная турбина дешевле в изготовлении и эксплуатации.



Рисунок
3
. Расчетная тепловая схема ПТУ ВВЭР-640 с дополнительной турбиной на обводе ЧВД.

В результате расчетов получены следующие показатели работы ПТУ на номинальном режиме:

D
N_ЦВД =
0,019;

D
N_ЦHД =
0,076;

D
N_T =
0,057;

N_T =
634,4 МВт.

h_БР = 35,9 %

D
h_БР = 0,9 %



Рисунок
4
. Процесс расширения пара в основной и обводной турбине в hs-диаграмме.

При данной схеме включения видно, что суммарная мощность ЦВД увеличилась на 1,9 %, а прирост мощности ЦНД составил только 7,6 %, что меньше предыдущего варианта схемы на 0,7 %. Эти изменения являются следствием следующих причин:

1.    При включении доп. турбины на обводе ЦВД в точке включения повышается давление пара, что приводит к увеличению перепада энтальпий на ЦНД, и понижению перепада на ЦВД. Как следствие понижается мощность, вырабатываема в ЦВЦ и повышается мощность ЦНД.

2.    При включении доп. турбины на обводе ЧВД точка включения находится между ЧВД и ЧСД. Следовательно, повышение давления уменьшает перепад энтальпий на ЧВД и повышает перепад на ЧСД. Суммарное изменение мощности ЧВД и ЧСД дает прирост мощности ЦВД на 1,9 %. В то же время из-за переноса точки включения перепад на ЦНД уменьшается, что уменьшает прирост мощности в этой части турбины, а изменение мощности происходит исключительно за счет увеличения расхода пара.

Анализ вариантов включения обводной турбины

Полученные в результате расчетов значения запишем в сводную таблицу:

Из таблицы видно, что первый вариант включения доп. турбины менее экономичный, по сравнению со вторым. Учитывая меньшую стоимость изготовления и эксплуатации одновенечной турбины, следует отдать предпочтение второму варианту.

Следует отметить, что полученные результаты являются оценочными и не могут быть взяты за основу при модернизации. Для получения точных значений необходимо производить поступенный пересчет основной турбины с учетом обводной, и таким образом определять точные значения технологических параметров в каждой точке технологической схемы. В то же время необходим более тщательный расчет вспомогательной турбины с учетом уникальности используемых профилей проточной части.

Список использованной литературы

1.     Ерёмин Н.Н. Анализ возможностей компенсации различия мощности (эл.) турбоустановки и реактора на АЭС с ВВЭР-640 // Выпускная работа бакалавра. – Филиал СПбГТУ в г. Сосновый Бор: кафедра управления ядерными реакторами, 2000.

2.     Атомная электрическая станция нового поколения с реакторной установкой средней мощности ВВЭР-640: Проект. - СПб.: Атомэнергопроект, 1993.

3.     Дейч М.Е., Филиппов Г.А., Лазарев Л.Я. Атлас профилей решеток осевых турбин. – М.: Машиностроение, 1965. – 96 с., ил.

4.     Зверков В.В., Игнатенко Е.И., Волков А.П. Резервы повышения мощности действующих АЭС с ВВЭР-440. – М.: Энергоатомиздат, 1987. - 80 с., ил.

5.     Иванов В.А. Режимы мощных паротурбинных установок. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 284с., ил.

6.     Иванов В.А.Эксплуатация АЭС: Учебник для вузов. – СПб.: Энергоатомиздат, 1994. – 384 с., ил.

7.     Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. М.: Высшая школа, 1978.

8.     Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – В 4^х книгах. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

9.     Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкция турбин: Учебник для вузов. В 2^х кн. - М.: Энергоатомиздат, 1993.