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1、1 核电厂系统及设备第十一讲 2011 2012学年第2学期 主讲 田丽霞 2 4给水除氧系统ADG 给水或凝结水中溶解的氧气会对热力设备和管道造成腐蚀 尤其是压水堆核电厂 运行经验表明 蒸汽发生器传热管破裂是多数核电厂会遇到的麻烦 严格控制二回路水质是减少蒸汽发生器传热管破裂事故发生频率的重要措施 因此 对核电厂二回路水质要求给水含氧量不大于5 10 9 所以必须对给水除氧 3 给水除氧分为化学除氧和物理除氧两类 化学除氧利用化学药剂 如联氧或亚硫酸钠 使水中游离氧形成化合物 它能达到较彻底的除氧效果 但不能除去其它气体 还增加了给水中可溶盐的含量 成本也比较高 通常化学除氧与物理除氧结合使
2、用 以达到更好的除氧效果 4 物理除氧采用热力除氧原理 它能去除氧和其它气体 所以 除氧又称除气 本节下面的介绍针对热力除氧 5 4 1热力除氧的原理 热力除氧原理是建立在亨利定律和道尔顿定律基础上的 根据亨利定律 单位体积中溶于水中的气体量与水面上该气体的分压力成正比 即 式中 p为水面上气体混合物的全压 MPa b为气体中水中的溶解量 k为亨利系数 它与气体种类与温度有关 6 道尔顿定律表述为 混合气体的总压等于各种气体组分分压力之和 对于除氧器 写为式中pD ps pa分别为除氧器内混合气体全压 水蒸汽和空气的分压 7 根据亨利定律和道尔顿定律 降低水中溶解气体的浓度的关键是减小它们在气
3、空间的分压 如果气体的分压趋近于零 则它们在水中的浓度就会很小很小 把水加热至饱和温度 水蒸汽的分压趋近于水面上的全压 其它气体的分压便趋于零 其它气体在水中的浓度就会趋近于零 这样我们得到热力除氧的方法 即将水加热至饱和温度 使水中溶解气体的分压趋近于零从而达到除氧目的 8 热力除氧的过程是一个传热传质过程 必须满足热力条件和传质条件 首先 要保证将水加热至相应压力下的饱和温度 9 欠热度5 10 4 2除氧器 从上节的讨论可以看出 进行除氧器设计时应遵循下述原则 1 尽可能扩大汽水接触面积以利于传热传质过程 被除氧水一般喷洒成雾滴或细水柱 11 2 为将水加热到除氧压力对应的饱和温度 加热
4、蒸汽与被除氧水一般采用逆流 这样可以形成最大的不平衡压差 有利于及时排除离逸的气体 3 采用蒸汽在水中鼓泡 减少水的表面张力等措施改善深度除氧效果 12 4 2 1大气式淋水盘式除氧器 13 大气式淋水盘式除氧器如图8 11所示 水由塔的上部进入 通过溢水口流入最上面的淋水盘 在盘的整个环形面积上开有直径为5mm 6mm的小孔 通过这些小孔水呈细水柱状降落到下一块盘上 再经过同样的小孔流到再下面的淋水盘上 14 沿高度安装有4 8块淋水盘 其中一部分为园形 另一部分为环形 相间布置 加热蒸汽从塔的下部进入 向上多次折流与下落水柱接触 蒸汽流动方向如图中箭头所示 余汽和被除气体从塔顶部排出 除氧
5、水汇集到下面的贮水箱 15 4 2 2卧式喷雾式除氧器 16 17 18 19 加热蒸汽经蒸汽进口管引至蒸汽分配管 然后分配到蒸汽耙管 蒸汽从耙管上的孔流出 加热除氧水箱的给水 一部分蒸汽在与给水混合时凝结 未凝结的蒸汽从液面逸出 与喷雾器喷洒的给水进行热量和质量交换 20 雾喷器喷洒的给水水滴溅到水箱内的溅射挡板上 在周围空间形成雾化区 雾滴在向下降落过程中与上升的加热蒸汽充分接触 蒸汽对雾滴加热 使给水加热到除氧压力下对应的饱和温度 不凝结气体从排气管排至凝汽器 21 每个喷雾器的流量在10 100 范围内变化时 都能达到雾化和除氧效果 这种除氧器工作压力0 75MPa 属于高压除氧器 凝
6、结水含氧量 12 10 9时 经除氧后的给水含氧量 5 10 9 22 4 2 3真空式除氧器 汽轮机乏汽在凝汽器内凝结为饱和水 凝汽器具备热力除氧的条件 可利用凝汽器兼作除氧器 图8 13给出了一种凝汽器热井中鼓泡除氧装置设计 从图中可以看出 其中的除氧主要靠鼓泡加热凝结水 23 24 5秦山一期除氧器系统 系统功能除去凝结水中的气体 主要是氧气 除氧器同时又是混合式加热器 为给水泵提供一定的净正吸入压头 25 5 1系统流程 两台并列的除氧器和给水箱设置在 04 厂房14 5m标高的除氧间层 共用一套压力调整装置和水位控制系统 运行中不能单独解列或分隔运行 两台除氧器及其给水箱内部系统布置
7、基本相同 一条 425 5mm的汽侧平衡管和 337 5mm的水侧平衡管连通两台除氧器的汽 水两侧 以保持两台除氧器水位 压力相等 26 三条主要进水管 457 10mm的凝结水 406 8 8 8mm的三号高加疏水和 273 7 1mm的汽水分离器疏水分别进入一 二号除氧器 除氧器所用蒸汽在正常运行中由低压缸第一级抽气供给 启动及低负荷时由辅助蒸汽系统供汽 蒸发器疏水经扩容器后的蒸发由 159 4 5mm管道直接接在除氧器的汽侧平衡管上 27 除氧后的余汽分别经节流垫排至空气系统 并在该处设有放射性测点 两只给水箱内设再沸腾管 在启动加热时使用 两套溢流装置和放水管分别由1 2 给水箱接出
8、汇总后经 325 5mm溢流放水总管排入凝汽器 两只给水箱分别装有取样分析器 以便监督和分析除氧给水的各项数据 28 给水箱的下水系统是这样布置的 1 2 给水箱分别接出一条 529 6mm的下水管进入各自的主给水泵 1 3 主给水泵 2 主给水泵由两台给水箱共用 529 6mm的下水管供水 正常运行中 选用一 二号或二 三号水泵运行时 可能会出现两台给水箱的水位偏差 29 辅助给水泵在除氧给水箱的水源处从水平衡管接出 管径 219 6mm 从水平衡管引出一条 273 7mm的管道供除氧循环泵用水 在下水管处还设置加N2H4装置 运行中加联氨进行化学除氧 使进入蒸发器的水含氧量小于5ppb 除
9、氧循环泵从水侧平衡管吸水 升压后与凝结水管相连 返回除氧器 30 5 2除氧器和除氧给水箱 除氧器和除氧给水箱是核电站二回路系统的重要设备 除氧器通过热力除氧方法 除去溶解于凝结水中的氧气 二氧化碳等有害气体 确保进入蒸发器的给水水质合格 31 除氧给水箱则是贮存有一定容量的除氧给水 以满足电站稳态和瞬态工况变更的需要 秦山核电站一期工程装机容量为30万千瓦机组 配置了两台出力各为1080t h的除氧器和两只容积为180m3的给水箱 32 33 34 除氧器本体除氧器本体由园柱形筒身与两只椭球面封头焊制而成 本体的材料是复合钢板 所有内部零件和管接头材料均为不锈钢 凝结水进水室进水室是一个弓形
10、不锈钢罩板与两端两块挡板焊在筒体上而成 弓形罩板上沿除氧器长度方向均布74只16t h恒速喷咀及6只排放非冷凝气体用排气管的套管 35 喷雾除氧段空间喷雾除氧段空间是由两侧的两块侧包板与两端密封板焊接后组成 两端密封板都有人孔 深度除氧段深度除氧段也是由两侧的两块侧包板与两端密封板焊接后组成上部空间是喷雾除氧段空间 下部空间是装满淋水盘箱的深度除氧段 深度除氧段由上层布水槽钢 中层淋水盘箱 下层棚架组成 36 蒸汽进汽管和布汽孔板除氧器两端各有一个Dg30进汽管 过热蒸汽从进汽管进入除氧器时 由布汽孔板把蒸汽沿除氧器的下部断面上均匀布开 使蒸汽均匀地从栅架底部进入深度除氧段 除氧器的出水管和蒸
11、汽连通管 除氧器的出水管和蒸汽连通管通过过渡接管直接与除氧给水箱相连通 37 淋水盘箱淋水盘箱是除氧器深度除氧段中主要除氧元件 共有128只 全部由不锈钢制造 其外形尺寸为505 376mm 该箱由侧板 角钢和小槽钢组成 恒速喷咀恒速喷咀安装在充满凝结水的凝结水进水室中的弓形不锈钢罩板上 38 39 5 3除氧器工作原理 除氧器的工作原理是 凝结水通过进水管进入除氧器进水室 因凝结水的压力高于除氧器汽侧压力 水汽两侧的压差 P作用在喷咀板上 将喷咀上的弹簧压缩 打开喷咀 凝结水从喷咀中喷出 形成一个园锥形的水膜 进入喷雾除氧段空间 40 在这个空间中过热蒸汽与园锥形水膜充分接触 迅速将凝结水加
12、热到除氧器压力下的饱和温度 绝大部分的非冷凝气体均在喷雾除氧段中被除去 穿过除氧空间的凝结水喷洒在淋水盘箱上的布水槽钢中 布水槽钢均匀地将水分配给淋水盘箱 41 淋水盘箱由多层一排排的小槽上下交错而成 凝结水从上层小槽钢的两则分别流入下层小槽钢中 一层层交错流下去 共经过16层小槽钢 使凝结水在淋水盘中有足够的停留时间 充分地与过热蒸汽接触 使汽 水热交换面积达到最大值 42 流经淋水盘箱的凝结水不断再沸腾 凝结水中剩余的非冷凝气体在淋水盘中被进一步除去 使凝结水中含氧量达到给水水质标准 含氧量 7ppb 故该段称之谓深度除氧层 凡在喷雾除氧段或深度除氧段中被除去的非冷凝气体 均上升到除氧器上
13、部装有放射性检测仪表的排管中排向大气 除氧水从出口管流入除氧给水管 43 5 4除氧给水箱构造 除氧给水箱由水箱本体 支座 溢流管 除氧器下水管 汽平衡接管 水平衡接管 下水接管 放水接管 再沸腾管 安全阀 液位计 电接点液位计等组成 44 水箱本体是由 30mm钢板卷制而成的 3800 30 1的园柱形水箱 水箱两端设置有人孔 水箱顶部两端装有三只安全阀 给水箱出水接口设有防旋涡装置和再循环管接口二个 为防止给水对筒壁的冲蚀 设置有喷水管 水箱水位设置在水箱两侧 45 5 5运行 除氧给水箱水质合格后 冲水至正常液位 启动除氧循环泵 投入备用汽源 使除氧器给水升温至110 5 对应压力0 0
14、5MPa 在低负荷时 除氧器定压运行 机组负荷升至65 左右打开四段抽汽电动阀和逆止阀 同时关闭备用汽源电动阀 除氧器开始滑压运行 46 5 5 1除氧器运行要点 除氧器启动前 指安装 大修后 或长期停运后投运 应对除氧器系统进行除铁冲洗 除铁冲洗的合格指标是含铁量 50ppb 悬浮物 10ppb 47 除氧器启动程序 除氧器上水至正常水位 启动除氧循环泵 打开排气阀 加氨水 调整pH值 9 化验水质合格 铁离子 悬浮物 pH值等 投入备用汽源 提升除氧器水温压力到110 0 05MPa 表压 并在此压力下先进行大气式除氧 48 当机组升负荷至65 额定功率时 自动打开四段抽汽逆止阀和开启四段
15、除氧器供汽阀 同时关闭辅助蒸汽进汽阀 除氧器进入滑压运行 进行压力式除氧 直至满负荷 49 除氧器加热汽源切换时应密切注意除氧器压力波动不应过大 这种过大压力波动会影响除氧效果 严重时会引起除氧器振动 运行人员应密切注意监视 正常运行时由四段抽汽供汽 当负荷降至50 60 时应取滑压运行 并切换至辅助蒸汽系统供汽 当负荷减至5 时应及时启动除氧循环泵 50 除氧循环泵故障停运情况下 除氧器进水中断 此时 禁止向除氧器供汽 除氧器供汽阀应关闭 以防止除氧器超压 此时给蒸汽发生器提供合格用水 可投入再沸腾装置来加热除氧给水箱的给水 给蒸汽发生器提供合格用水 51 除氧器在安装后或大修后投运前 应进
16、行安全阀就地动作试验 运行中应进行定期活动试验以防卡涩 正常运行中两台除氧给水箱水位应自动保持平衡 若出现较大偏差时 应及时校对就地水位计 并应查明原因予以消除 52 除氧器长时间停用时应采取防腐措施 以防止水箱内壁有害气体的侵蚀 一般采用水箱充水并加氨和联氨 pH 9 5 10 联氨浓度200ppm以上 除氧器及水箱上部空间充氮保养方式 53 6蒸汽排放系统 蒸汽排放系统又称为汽轮机旁路系统 其主要功能是在汽轮机突然降负荷或汽轮机停机情况下 排走蒸汽发生器内产生的过量蒸汽 避免蒸汽发生器安全阀动作 在核电厂热停闭和最初冷却阶段 排出堆内剩余发热和一回路显热直至余热去除系统投入使用 54 在安全方面 蒸汽排放系统导出负荷突然减少所多余的蒸汽 使反应堆冷却剂系统得到有效的冷却 从而防止一 二回路超压 另一方面 由于蒸汽管道破裂导致反应堆冷却剂系统过冷时 为避免出现阀门的意外打开导致一回路进一步过冷要闭锁有关的阀门 55 由于二回路负荷变化速率往往比一回路大 所以 对蒸汽排放系统要求比火电厂高 这是核电厂与火电厂的又一重要区别 56 6 1系统描述 蒸汽排放系统由凝汽器排放系统 大气排放系
