Пространственное распределение примесей в парогенерирующем оборудовании АЭС и ТЭС в стационарных и переходных процессах

В настоящее время в ядерной энергетике блоки АЭС с реакторами типа ВВЭР являются базовыми. Эти реакторы еще долгое время будут играть существенную роль в энергетике России. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики России в первой половине XXI века» [2.29] даже по минимальному варианту роста атомной энергетики до 2020 г. будет достроено 4 и введено в строй 4 новых блока типа ВВЭР. Также в мировой ядерной энергетике большую роль играют корпусные кипящие реакторы типа BWR. К сожалению, в России, развитие канальных кипящих реакторов типа РБМК не планируется из-за аварии на Чернобыльской АЭС. Однако разрабатывается проект корпусного кипящего реактора ВК-300 на основе опыта успешной эксплуатации реактора ВК-50 в Димитровграде.

Одним из основных элементов станций этих типов (как ядерных, так и тепловых) является парогенератор (кипящий реактор). Как в России, так и за рубежом, парогенерирующий контур вносит значительный вклад в надежность и экономичность энергоблоков.

До некоторого времени проблема отказов парогенераторов, и их эксплуатационная надежность связывалась в основном с повреждениями труб теплообменной поверхности. По данным [2.23] с 1986 по 1995 гг. заглушено более 7000 теплообменных труб на парогенераторах 20 блоков АЭС с ВВЭР-1000. По данным [2.28] заменено 37 парогенераторов.

Согласно [2.25], обследование ряда электростанций показало значительное количество остановов котлоагрегатов в межремонтный период, при этом на долю поверхностей нагрева приходится до 60−70% от общего числа аварийных и неплановых ремонтов. На некоторых котлоагрегатах количество таких остановов достигает 20 и более случаев в год.

В работе проведены теоретические исследования по изучению поведения примесей в парогенерирующем оборудовании АЭС и ТЭС в переходных (разгрузка-нагрузка, изменение расходов продувки и т. п.) и стационарных процессах. Особое внимание уделено процессам «выброса» и «прятания» примесей или процессам хайдаута (англ. hideout). Эти исследования были подтверждены экспериментами на парогенераторе ПГВ-1000, корпусном кипящем реакторе ВК-50 и барабанных котлах АО «ТКЗ» и АО «БКЗ» .

Целью данной диссертационной работы является исследование поведения распределения примесей в парогенераторной (котловой) воде в динамических процессах. Предлагаются методы использования этих процессов для улучшения водно-химического режима парогенерирующих установок.

1 Состояние проблемы.

1.1. Горбуров В. И., Зорин В. М., Катковский С. Е., Колечкин Г. И., Крестов В. Б., Сергеев В. В., Хлебников А. А. О некоторых особенностях распределения примесей в водяном объеме котла ТП-87. //Электрические станции. 2001. — № 6. — с. 38−42.

2. Горбуров В. И., Стукалов В. М., Хлебников А. А. Взаимосвязь гидравлики и распределения примесей в элементах барабанных котлов. -Ч. 1. // Теплоэнергетика. 1999. № 6. — с. 45−50.

3. Горбуров В. И., Стукалов В. М., Хлебников А. А. Взаимосвязь гидравлики и распределения примесей в элементах барабанных котлов. -Ч. 2. // Теплоэнергетика. 1999. № 8. — с. 59−61.

4. Массообмен в пристенном слое парогенерирующего канала. //Научные исследования в области ядерной энергетики в технических ВУЗах России: Сб. науч. тр. / В. И. Горбуров, В. М. Зорин, М.С. Алху-тов, Ю. В. Харитонов, В. М. Стукалов, А. А. Хлебников. М. 2000.

5. Оптимизация водопитания и продувки парогенераторов АЭС с ВВЭР / Горбуров В. И., Стукалов В. М., Хлебников А. А. // Международный конгресс «Энергетика 2000»: Тезисы докладов. Обнинск, 1998, с. 59. Список использованной литературы.

6. Hideout return evaluation approach. EPRI, источник в интернете: www.epri.com.

7. Holl R.E. Transactions of the ASME, 1944, v. 66, № 5, pp. 456−474.

8. Белоконова А. Ф. Водно-химические режимы тепловых электростанций, Энергоатомиздат, 1985 г., с. 160.

9. Водный режим тепловых электростанций (обычных и атомных)/ Под общ. редакцией проф. Т. Х. Маргуловой //М.: Энергия, 1965 с. 63.

10. Горбуров В. И., Зорин В. М., Каверзнев М. М., Хаанеки М. О ступенчатом испарении в паропроизводящих установках // Теплоэнергетика, 1997, № 3.-С. 55−58.

11. Горбуров В. И., Зорин В. М., Харитонов Ю. В. Распределение растворимых примесей в водяном объеме парогенерирующих устройств // Вестник МЭИ, 1996, № 3. С. 41−50.

12. Горбуров В. И. Гидродинамика двухфазных потоков в паропроизводящих установках атомных электростанций. Дисс. на соискание учен, степени доктора техн. наук. М.: МЭИ, 1991. 332с.

13. Горбуров В. И., Зорин В. М. Моделирование на ЭВМ гидродинамики водяного объема парогенератора ПГВ-1000 // Теплоэнергетика, 1994, № 5 с. 22−29.

14. Горбуров В. И., Зорин В. М. Расчет гидродинамических параметров и концентраций примесей в водяном объеме парогенератора (Программа для ЭВМ «CIRC+SAL») / Свидетельство об официальной регистрации программы № 950 303 от 18.08.1995, РосАПО, РФ.

15. Горбуров В. И., Зорин В. М., Харитонов Ю. В. О контроле водного режима парогенерирующих устройств // Теплоэнергетика, 1994, № 7 -с. 25−30.

16. Дули Р. Б. Значение защитной оксидной пленки для предотвращения повреждений котельных труб на тепловых электростанциях: Автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра техн. наук. М.: Исследовательский институт электроэнергетики США, 1996.

17. Зорин В. М., Горбуров В. И., Каверзнев М. М., Харитонов Ю. В., Сту-калов В.М., Сергеев А. И., Кузнецова Е. В. Модернизация систем водо-питания, продувки и фосфатирования на котлах БКЗ 320−140 Каширской ГРЭС // Теплоэнергетика, 1999, № 8 с. 48−52.

18. Исследование распределения солей в водяном объеме парогенераторов ПГВ-1000М с модернизированными системами раздачи питательной воды и продувки / Ю. В. Козлов, П. Е. Свистунов, Г. А. Таранков и др. // Электрические станции, 1991, № 9 с. 30−32.

19. Каверзнев М. М. Анализ гидродинамики и разработка метода расчета распределения растворимых примесей в парогенерирующих установках АЭС и ТЭС с многократной циркуляцией. Дисс. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1996.

20. Мамет В. А., Мартынова О. И. Процессы «хайд-аут» (местного концентрирования) примесей котловой воды парогенераторов АЭС и их влияние на надежность работы оборудования // Теплоэнергетика. 1993. № 7. с. 2−7.

21. Манькина Н. Н. Исследование условий образования железоокисных отложений // Теплоэнергетика, 1960, № 9 с. 8−12.

22. Мартынова О. И. Водно-химический режим электростанций с барабанными котлами. // Теплоэнергетика. 1995. № 10. с. 66−70.

23. Определение среднего и локального солесодержания в котловой воде для барабанного котла ТП-87 ст. № 7 (ТЭЦ-11) с целью улучшения его работы. // отчет ЦКА (МЭИ), 1999.

24. Пат. 2 062 398. Барабанный котел и способ выработки пара в барабанном котле / Горбуров В. И., Зорин В. М., Каверзнев М. М., Харитонов Ю. В. // Открытия. Изобретения. 1996. № 17.

25. Причины язвенной коррозии и разрывов экранных труб котлов ТГМ-96 и мероприятия по их предупреждению // Отчет по НИР, ч.1, В.662.00ДО, Хохлов В. В., Ткаченко К. В., Грабовский О. Г. М.: Минэнерго СССР, ОРГРЭС, Уральское отделение, 1975.

26. Пространственное распределение примесей в барабанном котле ТЭЦ-11 (ст.№ 9) в стационарных и переходных процессах. // Отчет ЦКА (МЭИ), 1999.

27. РАО «ЕЭС России». Приказ № 142 от 29.03.2001 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы ЕЭС России.» .

28. РАО «ЕЭС России». Приказ № 76 от 26.02.97 «Об организации технического обслуживания поверхностей нагрева котлоагрегатов ТЭС.» .

29. Распределение растворенных примесей питательной воды в водяном объеме парогенератора ПГВ-1000 /Ю.В. Козлов, JI.K. Румянцев, Е. П. Свистунов и др. // Электрические станции, 1992, № 2 с. 33−37.

30. Рассохин Н. Г., Зорин В. М., Горбуров В. И. Метод предельной оценки параметров естественной циркуляции в сложных пространственных контурах. М.: Теплоэнергетика, 1992, № 2 — с. 46−50.

31. Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века: Основные положения. Министерство Российской Федерации по атомной энергии, Москва 2000.

32. Стукалов В. М. Совершенствование парогенерирующих устройств АЭС и ТЭС на основе взаимосвязей теплогидравлических характеристик и пространственного распределения примесей. Дисс. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М.: МЭИ, 2000.

33. Стырикович М. А., Мартынова О. И., Миропольский 3.JI. Процессы генерации пара на электростанциях М.: Энергия, 1969 — 312 с.

34. Стырикович М. А., Полонский B.C., Циклаури Г. В. Тепломассообмен и гидродинамика в двухфазных потоках атомных электрических станций. М.: Наука, 1982. с. 199−233.

35. Хаанеки Мансур Примесеобмен при кипении в оборудовании АЭС и ТЭС. Дисс. на соискание учен, степени канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1998.

36. Хемиг X. Физико-химические процессы в пограничном слое парообразующих труб, сб. Водоподготовка и водный режим котлов на электростанциях, 1962 г., под ред. Шкроба М. С., с. 109−117.

37. Шкроб М. С., Вихрев В. Ф. Водоподготовка, Энергия, 1966 г., с. 57.