Расчёт парогенератора для атомных электростанций
Предназначение и конструктивные особенности ядерного энергетического реактора ВВЭР-1000. Характеристика и основные функции парогенератора реактора. Расчет горизонтального парогенератора, особенности гидравлического расчета и гидравлических потерь.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.04.2012 |
| Размер файла | 185,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
конструктивный энергетический реактор гидравлический
Ядерный энергетический реактор ВВЭР-1000 является самым распространённым среди реакторов типа ВВЭР. АЭС с реактором ВВЭР-- двухконтурные с водным теплоносителем. В первом контуре происходит нагрев воды в реакторе под давлением 15,7 МПа с температуры 290 °С до температуры 320 °С с расходом воды 21500 т/ч. После этого нагретая вода поступает в парогенератор, в котором отдаёт часть теплоты нагреваемому теплоносителю -- питательной воде, которая превращается в насыщенный пар. При этом греющий и нагреваемый теплоносители не контактируют непосредственно между собой. Это способствует удержанию радиоактивности в первом контуре, второй контур фактически остаётся чистым.
Парогенератор предназначен для передачи энергии, произведённой в активной зоне реактора, во второй контур. В реакторных установках с ВВЭР-1000 используются парогенераторы ПГВ-1000, горизонтальные, с трубчатой поверхностью теплообмена. Теплоноситель первого контура проходит через 11 500 теплопередающих трубок внутри корпуса парогенератора, нагревая воду второго контура. Кипящая вода второго контура преобразуется в пар и через сборные паропроводы поступает к турбине. Пар вырабатывается насыщенный, с температурой 280 °C, давлением 6,4 МПа и влажностью 0,2 % при температуре питательной воды 220 °C. Тепловая мощность каждого парогенератора 750 МВт, паропроизводительность -- 1470 т/ч, масса без опор -- 322 т, с опорами и полностью заполненного водой -- 842 т.
В данном курсовом проекте мы рассчитываем горизонтальный парогенератор с параметрами, близкими к параметрам ПГВ-1000. Цель проекта -- определить площадь теплообменной поверхности, рассчитать гидравлические потери и выполнить поверку на неноминальных режимах работы.
Конструктивный расчёт парогенератора
Конструктивный расчёт служит для определения площади теплообменной поверхности парогенератора. При расчёте температуры греющего теплоносителя определены как 330 °С и 300 °С на входе и выходе соответственно, нагреваемого теплоносителя -- 280 °С на входе и на выходе. Температура питательной воды -- 220 °С. Тепловая мощность парогенератора -- 750 МВт. Расчёт будем производить в общепринятой табличной форме.
Таблица
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх |
задана по ТЗ |
||
|
Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых |
задана по ТЗ |
||
|
Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх |
задана по ТЗ |
||
|
Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых |
задана по ТЗ |
||
|
Температура питательной воды tпв |
задана по ТЗ |
||
|
Коэффициент теплопроводности металла теплообменных трубок ?тр |
задан по ТЗ |
||
|
Давление насыщенного пара во 2-м контуре рп |
задано по ТЗ |
||
|
Толщина стенки теплообменной трубки ?тр |
задана по ТЗ |
||
|
Наружный диаметр теплообменной трубки dнар |
задан по ТЗ |
||
|
Внутренний диаметр теплообменной трубки dвн |
по конспекту: |
||
|
Скорость воды в парогенераторе wв |
по условию ограничения коррозии и эрозии |
||
|
Тепловая мощность парогенератора Q |
задана по ТЗ |
||
|
Разделим теплообменную поверхность на две равные части с передачей тепловой мощности на каждой из них Q/2. Произведём расчёт первой половины парогенератора. |
|||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх1 |
задана по ТЗ |
||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых1 |
задана по ТЗ |
||
|
Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх1 |
задана по ТЗ |
||
|
Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых1 |
задана по ТЗ |
||
|
Разность температур греющего теплоносителя ?tгщ |
по конспекту: |
||
|
Разность температур нагреваемого теплоносителя ?tнг |
по конспекту: |
||
|
Разность температур приведённая ?tп |
по конспекту: |
||
|
Входной параметр р |
по конспекту: |
||
|
Входной параметр R |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ? |
по номограмме (для R=?) |
1 |
|
|
Тепловая мощность половины парогенератора Q1 |
по конспекту: |
||
|
Больший температурный перепад ?tб |
по конспекту: |
||
|
Меньший температурный перепад ?tм |
по конспекту: |
||
|
Среднелогарифмическая разность температур ?tлог |
по конспекту: |
||
|
Средняя температура ?tср |
по конспекту: |
||
|
Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср |
по конспекту: |
||
|
Кинематический коэффициент вязкости ?гщ |
по таблице |
||
|
Коэффициент теплопроводности ?гщ |
по таблице |
||
|
Число Прандтля Pr |
по таблице |
||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Число Рейнольдса Re |
по конспекту: |
||
|
Число Нуссельта Nu |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв |
по конспекту: |
||
|
С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты: |
|||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Принимаемая плотность теплового потока q0 |
произвольное начальное приближение |
||
|
Коэффициент теплоотдачи при кипении ?кип |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплопередачи К |
по конспекту: |
||
|
Расчётная плотность теплового потока q1 |
по конспекту: |
||
|
Расчётная площадь поверхности теплообмена F1 |
по конспекту: |
||
|
Площадь поверхности теплообмена с учётом запаса 15% F115% |
по конспекту: |
Таблица. Рассчитаем площадь теплообмена второй половины парогенератора.
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх2 |
задана по ТЗ |
||
|
Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых2 |
задана по ТЗ |
||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх2 |
задана по ТЗ |
||
|
Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых2 |
задана по ТЗ |
||
|
Разность температур греющего теплоносителя ?tгщ |
по конспекту: |
||
|
Разность температур нагреваемого теплоносителя ?tнг |
по конспекту: |
||
|
Разность температур приведённая ?tп |
по конспекту: |
||
|
Входной параметр р |
по конспекту: |
||
|
Входной параметр R |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ? |
по номограмме (для R=?) |
1 |
|
|
Тепловая мощность половины парогенератора Q2 |
по конспекту: |
||
|
Больший температурный перепад ?tб |
по конспекту: |
||
|
Меньший температурный перепад ?tм |
по конспекту: |
||
|
Среднелогарифмическая разность температур ?tлог |
по конспекту: |
||
|
Средняя температура ?tср |
по конспекту: |
||
|
Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср |
по конспекту: |
||
|
Кинематический коэффициент вязкости ?гщ |
по таблице |
||
|
Коэффициент теплопроводности ?гщ |
по таблице |
||
|
Число Прандтля Pr |
по таблице |
||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Число Рейнольдса Re |
по конспекту: |
||
|
Число Нуссельта Nu |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв |
по конспекту: |
||
|
С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты: |
|||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Принимаемая плотность теплового потока q0 |
произвольное начальное приближение |
||
|
Коэффициент теплоотдачи при кипении ?кип |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплопередачи К |
по конспекту: |
||
|
Расчётная плотность теплового потока q2 |
по конспекту: |
||
|
Расчётная площадь поверхности теплообмена F2 |
по конспекту: |
||
|
Площадь поверхности теплообмена с учётом запаса 15% F215% |
по конспекту: |
||
|
Суммарная площадь парогенератора F |
по конспекту: |
Таким образом, суммарная площадь парогенератора равна 4035 м2, что вполне приемлемо (без учёта экономайзерного участка).
Гидравлический расчёт парогенератора
Гидравлический расчёт парогенератора служит для определения гидравлических потерь в трубках. В данном расчёте используем среднюю скорость движения воды 4,5 м/с, наружный диаметр трубки 16 мм, толщину стенки трубки 1,5 мм, длину трубок 11 м, количество трубок -- 11000.
Таблица
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Скорость в трубке w |
задана по ТЗ |
||
|
Длина трубок l |
задана по ТЗ |
||
|
Внутренний диаметр теплообменной трубки dвн |
по конспекту: |
||
|
Шероховатость Kш |
задана по конспекту для аустенитной цельнотянутой трубки |
||
|
Плотность воды ?в |
по таблице |
||
|
Кинематический коэффициент вязкости ? |
по таблице |
||
|
Предполагаем, что труба гладкая. Тогда получим: |
|||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Число Рейнольдса Re |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент местного сопротивления ? (для гладкой трубы) |
по конспекту: |
||
|
Динамическая скорость w* |
по конспекту: |
||
|
Условие гладкости труб |
по конспекту: |
||
|
Потери давления в трубах ?pтр |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент угла поворота на 45° k45° |
задан по конспекту |
||
|
Коэффициент угла поворота на 90° k90° |
задан по конспекту |
||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Коэффициент радиуса поворота N |
задан по конспекту |
||
|
Сопротивление в трубах при повороте на 45° |
по конспекту: |
||
|
Сопротивление в трубах при повороте на 90° ?90° |
по конспекту: |
||
|
Сопротивление расширению ?вх |
задано по конспекту |
||
|
Сопротивление сужению ?вых |
задано по конспекту |
||
|
Потери на местном сопротивлении ?pм |
по конспекту: |
||
|
Потери давления нивелирные ?pнив |
заданы по конспекту (вследствие малости) |
||
|
Потери давления на ускорение ?pуск |
заданы по конспекту (вследствие малости) |
||
|
Полные потери напора ?p |
по конспекту: |
Таким образом, потери напора находятся на допустимом уровне. Допустимые потери давления в первом контуре -- 130 кПа, во втором контуре -- 110 кПа. В нашем расчёте потери напора -- лишь 87 кПа.
Поверочный расчёт парогенератора (на мощности 70% и в аварийном режиме с давлением на выходе 0,1 МПа)
Рассчитаем изменение температур греющего теплоносителя при понижении мощности до 70% от номинальной.
Таблица
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Тепловая мощность парогенератора Q70% |
по конспекту: |
||
|
Суммарная площадь парогенератора F |
из конструктивного расчёта |
||
|
Расчётная плотность теплового потока q |
по конспекту: |
||
|
Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср |
по конспекту: |
||
|
Кинематический коэффициент вязкости ?гщ |
по таблице |
||
|
Коэффициент теплопроводности ?гщ |
по таблице |
||
|
Число Прандтля Pr |
по таблице |
||
|
Число Рейнольдса Re |
по конспекту: |
||
|
Число Нуссельта Nu |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплоотдачи при кипении ?кип |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплопередачи К |
по конспекту: |
||
|
Средняя температура ?tср |
по конспекту: |
Подбирая температуры греющего теплоносителя на входе и выходе, добьёмся равенства средней температуры, полученной выше, и среднелогарифмической температуры, вычисляемой с помощью формул. При нахождении температур используется метод простой итерации:
Таблица
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Среднелогарифмическая разность температур ?tлог |
по конспекту: |
||
|
Больший температурный перепад ?tб |
по конспекту: |
||
|
Меньший температурный перепад ?tм |
по конспекту: |
||
|
Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх |
получена в результате подбора для соответствия найденных выше значений |
||
|
Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых |
получена в результате подбора для соответствия найденных выше значений |
Таким образом, при снижении мощности парогенератора снижаются температуры греющего теплоносителя до 316 °С на входе и 291 °С на выходе.
Рассчитаем теперь температуру греющего теплоносителя на выходе из парогенератора в аварийном режиме, при котором температуры нагреваемого теплоносителя на входе и выходе будут равны 100 °С, а давление воды на выходе-- 0,1 МПа.
Таблица
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх |
задана по ТЗ |
||
|
Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх |
задана по ТЗ |
||
|
Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых |
задана по ТЗ |
||
|
Расход воды в первом контуре G1 |
задан по ТЗ |
||
|
Суммарная площадь парогенератора F |
из конструктивного расчёта |
||
|
Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср |
примем как среднюю между tгщвх и tнгвх: |
||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Кинематический коэффициент вязкости ?гщ |
по таблице |
||
|
Коэффициент теплопроводности ?гщ |
по таблице |
||
|
Число Прандтля Pr |
по таблице |
||
|
Число Рейнольдса Re |
по конспекту: |
||
|
Число Нуссельта Nu |
по конспекту: |
||
|
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв |
по конспекту: |
||
|
Поскольку коэффициент ?кип при большой мощности будет также очень большим (таким образом, при вычислении коэффициента теплопередачи он внесёт крайне небольшой вклад), то при дальнейших расчётах мы можем им пренебречь. Продолжим вычисления: |
|||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Коэффициент теплопередачи К |
по конспекту: |
||
|
Температура первого приближения t1 |
принимаем произвольной в интервале [100;300] |
||
|
Больший температурный перепад ?tб |
по конспекту: |
||
|
Меньший температурный перепад ?tм |
по конспекту: |
||
|
Среднелогарифмическая разность температур ?tлог |
по конспекту: |
||
|
Плотность теплового потока при аварийном режиме qавар |
по конспекту: |
||
|
Тепловая мощность парогенератора Qавар |
по конспекту: |
||
|
Энтальпия греющего теплоносителя на входе hгщвх |
по таблице согласно температуре tгщвх |
||
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Энтальпия греющего теплоносителя на выходе h1 |
по таблице согласно температуре t1 |
||
|
Тепловая мощность парогенератора по балансу Qб |
по конспекту: |
С помощью метода простых итераций мы можем ещё больше приблизить мощности Qавар и Qб. В этом случае получим следующие параметры:
Таблица
|
Наименование размера |
Источник формулы |
Величина |
|
|
Температура первого приближения t1 |
принимаем согласно проведённым итерациям |
||
|
Больший температурный перепад ?tб |
по конспекту: |
||
|
Меньший температурный перепад ?tм |
по конспекту: |
||
|
Среднелогарифмическая разность температур ?tлог |
по конспекту: |
||
|
Плотность теплового потока при аварийном режиме qавар |
по конспекту: |
||
|
Тепловая мощность парогенератора Qавар |
по конспекту: |
||
|
Энтальпия греющего теплоносителя на выходе h1 |
по таблице согласно температуре t1 |
||
|
Тепловая мощность парогенератора по балансу Qб |
по конспекту: |
Теперь тепловые мощности различаются незначительно, остановимся на полученных значениях температуры греющей воды на выходе 148,5 °С и тепловой мощности в аварийном режиме 3622 МВт. Как видно, эти рабочие параметры непригодны для нормальной работы парогенератора, поэтому рассчитанный режим является аварийным.
Заключение
Таким образом, площадь поверхности теплообмена получилась равной 4035 м2. Потери давления составили 87 кПа, что вполне допустимо. Следовательно, рассчитанный парогенератор пригоден к эксплуатации.
При эксплуатации в неноминальных режимах расчёт показал, что при понижении мощности до 70% температура греющего теплоносителя на входе падает до 316 °С, на выходе -- до 291 °С. При работе в аварийном режиме, когда во второй контур подаётся вода на линии насыщения при атмосферном давлении, температура греющего теплоносителя на выходе составила 148,5 °С, аварийная тепловая мощность -- 3622 МВт. Таким образом, эксплуатировать данный парогенератор в неноминальных режимах не рекомендуется.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Алгоритм проведения конструкционного и гидравлического расчета горизонтального парогенератора, обогреваемого водой под давлением. Оценка оптимальной скорости теплоносителя, соответствующих оптимальных затрат. Определение стоимости парогенератора.
курсовая работа [438,3 K], добавлен 10.12.2012Уравнение теплового и материального баланса парогенератора ПГВ-1000, его тепловая диаграмма. Расчет коэффициента теплоотдачи и площади нагрева парогенератора. Конструктивный и гидродинамический расчет элементов парогенератора, определение их прочности.
курсовая работа [228,8 K], добавлен 10.11.2012Конструкція реактора ВВЕР-1000, характеристика його систем та компонентів. Модернізована схема водоживлення і продування парогенератора ПГВ-1000, методи підвищення його надійності та розрахунок теплової схеми. Економічна оцінка науково-дослідної роботи.
дипломная работа [935,6 K], добавлен 15.10.2013Тепловой баланс парогенератора и расход топлива. Основные конструктивные характеристика топки. Тепловой расчет парогенератора типа ТП-55У. Определение фестона, перегревателя и хвостовых поверхностей. Конструктивные размеры и характеристики экономайзера.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.08.2014Основное назначение парогенератора ПГВ-1000, особенности теплового расчета поверхности нагрева. Способы определения коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к рабочему телу. Этапы расчета коллектора подвода теплоносителя к трубам поверхности нагрева.
курсовая работа [183,2 K], добавлен 10.11.2012Основные цели поверочного расчета. Предназначение котельного агрегата БКЗ 210-140. Тепловой расчет парогенератора: анализ пароперегревателя, фестона, перегревателя, сущность конструктивных размеров воздухоподогревателя. Анализ дымососа и вентилятора.
курсовая работа [207,7 K], добавлен 12.03.2012Характеристика роботи парогенератора. Пристрої роздачі живильної води. Розрахунок горизонтального парогенератора, що обігрівається водою. Тепловий розрахунок економайзерної ділянки. Жалюзійний сепаратор, коефіцієнт опору. Визначення маси колектора.
курсовая работа [304,2 K], добавлен 03.12.2013Особенности конструкции основного и вспомогательного оборудования Ростовской атомной электрической станции, принципы его действия. Тепловая схема энергоблока АЭС, контуры циркуляции. Технические характеристики реактора ВВЭР-1000, системы парогенератора.
отчет по практике [1,5 M], добавлен 26.09.2013Тепловий баланс парогенератора, теплообмін зі сторони теплоносія та обчислення площі поверхні нагріву та довжини труб. Режимні та конструктивні характеристики паросепараційного пристрою горизонтального парогенератора та його гідродинамічний розрахунок.
курсовая работа [723,5 K], добавлен 13.11.2012Общие характеристики и конструкция тепловой части реактора ВВЭР-1000. Технологическая схема энергоблоков с реакторами, особенности системы управления и контроля. Назначение, состав и устройство тепловыделяющей сборки. Конструктивный расчет ТВЕЛ.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.01.2013
