Atomerımővek. Turbinaszabályozás. A nyomottvizes atomerımővek hısémájának részletes vizsgálata, termodinamikai jellemzésük

Atomerımővek

Turbinaszabályozás A nyomottvizes atomerımővek hısémájának részletes vizsgálata, termodinamikai jellemzésük Dr. Aszódi Attila igazgató, BME NTI 2008. március 6.

Tartalomjegyzék • Turbina teljesítmény szabályozás • A nyomottvizes atomerımővek hısémájának részletes vizsgálata – Turbina belsı folyamatai stacioner üzemviszonyok között (100% terhelésen és részterhelésen) – A kisnyomású turbinafokozatok és a kondenzátor vizsgálata – A cseppleválasztó-újrahevítı egység vizsgálata – Az elımelegítıkben és a gáztalanítóban lejátszódó folyamatok vizsgálata

Atomerımővek, 2008. március 6.

2

Turbina teljesítmény szabályozás 1. •

– – – –

–

fordulatszám, teljesítmény, nyomás. A nyomásszabályozás vonatkozhat, a frissgıznyomás, az ellennyomás, az elvételi nyomás, vagy az újrahevítı nyomás szabályozására. A szabályozott jellemzı állandósága rendszerint egyensúlyt jelent: •

•

•

különbségképzés beavatkozás alapjelképzés

Szabályozott jellemzık:

a fordulatszám állandósága azt jelenti, hogy a tengelyre adott teljesítmény (hajtónyomaték) a terheléssel (terhelınyomaték) egyenlı; az frissgıznyomás állandósága a szolgáltatott és a fogyasztott gızmennyiség azonosságát jelzi.

Zavaró jellemzık –

A szabályozott jellemzık értékét zavaró hatások (zavaró jellemzık) kedvezıtlen irányba befolyásolhatják, ekkor a kívánatos állapot fenntartása érdekében be kell avatkozni. Mindazon jellemzık zavaró jellemzık, amelyek értéke a szabályozástól függetlenül alakul, és értékük változása a szabályozási mőveletet kiváltja.


érzékelı zavaró jellemzık pl.:hálózati frekvencia változása

A szabályozás feladata: egyensúlyt teremteni a szolgáltatás és a fogyasztás között. •

Beavatkozó jellemzık: –

A beavatkozásra olyan jellemzıt kell választani, amelynek értéke a szabályozott jellemzı értékére hatást gyakorol, és amelynek értékét már közvetlenül befolyásolhatjuk.

3

Turbina teljesítmény szabályozás 2. • A turbina gıznyelésének módosítási lehetıségei: – A szabályozott jellemzık elıirt értéken való tartásához, vagy azoknak a kívánt módon való változtatásához a mindenkori energiaegyensúly fenntartása érdekében a turbinába lépı energia folyamot kell változtatni. – Alapvetı beavatkozási lehetıségként a turbinába lépı gızáramnak a módosítása áll rendelkezésre. – Szabályozási módok: • Fojtásos szabályozás, • Mennyiségi szabályozás, • Csúszóparaméteres szabályozás: – a teljesítmény szabályozás feladatát a gıztermelı berendezés végzi, – a turbina szabályzószelepei teljesen nyitott helyzetben vannak, – a csúszó-paraméteres szabályozás termodinamikai szempontból a fojtásos szabályozással egyenértékő.


4

Turbina teljesítmény szabályozás 3. • Folytásos szabályozás: – A szabályozószelep áramlási keresztmetszetének változtatásával változik a gızáram, továbbá a szelep utáni gıznyomás, miközben a gız, fojtást szenved. A fojtás következtében csökken az expanzió kezdeti nyomása, és ennek következtében a hasznosítható hıesés. Veszteség csupán a szelepek teljes nyitottsága mellett nem jelentkezik, a teljesítmény csökkentésével a fojtás mértéke, s így a veszteség is fokozatosan nı. – Elınye: egyszerő és könnyen kivitelezhetı. – Alkalmazás: nagy energetikai turbináknál, amelyek alaperımővekben mőködnek, és ritkán üzemelnek részterhelésen. – Hátrány: részterhelésen a fojtás miatt jelentıs hatásfokromlás lép fel. Atomerımővek, 2008. március 6.

P0

PV PT

4

P P0

PV

PK PT

1

2 3

1: a névleges 100 %-os teljesítményhez tartozó nyomáslefutás 2, 3: a névlegestıl jóval kisebb terheléshez tartozó nyomáslefolyási görbék 4: szabályozó szelep 5

Turbina teljesítmény szabályozás 4. • Mennyiségi szabályozás: –

–

–

–

–

a gız több szabályzószelepen ömlik be, melyek mindegyike különálló fúvókacsoporthoz kapcsolódik és a szelepek nyitása adott sorrendben történik. Elméletileg tisztán mennyiségi szabályozást csak végtelen sok szabályzó szeleppel, illetve fúvókacsoporttal lehetne megvalósítani, mivel a szelepek vagy teljesen nyitott, vagy teljesen zárt állapotban lehetnének. Termodinamikai szempontból ez ideális megoldás, mivel a gız munkavégzı képessége nem csökken a beavatkozás során. A gyakorlatban általában 4-6 szeleppel és fúvókacsoporttal oldják meg a feladatot. A szelepek egymás után nyitnak, így a fojtási veszteségek csökkenthetık, mivel fojtás csak a közbensı helyzetben lévı szelepen lép fel. Szeleppontok: az egyik szabályozószelep már nyitva van és a következı szelep éppen nyitni kezd. A szeleppontokon kívüli helyzetben fojtás is fellép.


3 2

Frissgız

1. Fúvókacsoportok 2. Szabályzószelepek 3. Gyorszárószelep

1

6

Turbina teljesítmény szabályozás 5. • Turbina + Generátor szabályozás: – – –

–

A hajtógép a gızturbina, a hajtott gép pedig villamos-generátor. A turbógenerátor egyensúlyára jellemzı paraméter a fordulatszám. A turbógenerátor egyensúlyi állapotában a turbinaoldali hajtónyomaték (MH) megegyezik a generátor oldali terhelı nyomatékkal (MT), és ehhez egy meghatározott gıznyelés tartozik. Amennyiben valamelyik nyomaték megváltozik, az egyensúly megbomlik, a nyomaték különbség hatására a fordulatszám is megváltozik. A turbógenerátor ekkor egy új egyensúlyi állapotba kerül. Ha az eredeti fordulatszámot (és egyensúlyi állapotot) kívánjuk visszaállítani, akkor a hajtónyomatékot tudjuk módosítani a gızáram befolyásolásával, azaz a szabályozó szelep állításával.


DTU

n ϖ

( p1 ; υ1 )

PG ( U , f , cos φ )

G

T MH

MT

Pk DTU - turbinába jutó gőzáram PG - generátor teljesítmény MH - hajtó nyomaték MT - terhelő nyomaték

7

Turbina teljesítmény szabályozás 6. • Elektro-hidromechanikus szabályozó: –

–

A szabályozott jellemzık érzékelése elektromos úton történik. A jeleket számítógép dolgozza fel. A kapott jelet az elektrohidraulikus jelátalakító alakítja hidraulikus jellé, (szabályzó olajnyomássá). A szabályzó olajnyomás változás hatására változik a fıszervó helyzete, mely egy mechanikus szerkezet segítségével mőködteti a szabályozó szelepeket.


8

Turbina fordulatszám szabályozás 1. • Statikus jelleggörbe: –

–

–

–

A fordulatszám szabályozás alapelve és követelménye az, hogy a gép fordulatszámát az elıirt értéken tartsa. Ez az érték általában kétpólusú generátorokat hajtó turbinák esetében 3000 f/p (így a generátorok által termelt villamos energia frekvenciája 50 Hz) Ha állandó gıznyelés – azaz állandó turbinateljesítmény - esetén növeljük a generátor terhelését, akkor a turbina a teljesítményét már csak a turbogépegység mozgási energiájának csökkenése árán tudja fedezni, azaz a turbogépegység fordulatszáma csökken. Ha viszont a generátor terhelése kisebb lesz, mint a turbina által leadott teljesítmény, akkor a turbinánál jelentkezı teljesítményfelesleg felgyorsítja a generátort. Ha a generátor terhelése nı, újabb fogyasztók bekapcsolódása miatt, a turbina fordulatszáma csökkeni kezd. A szabályozó érzékeli a beállított fordulatszámtól való eltérést, és az eltérésnek megfelelıen beavatkozik, azaz a beömlı gızmennyiséget növeli addig, amíg a hajtó teljesítmény és a fogyasztás újból egyensúlyba nem kerül. Ha a villamos fogyasztás csökken, a folyamat ellenkezı irányban játszódik le. Ez azt jelenti, hogy a fogyasztói igényeket a turbina a gızmennyiség változtatásával azonnal követi. A fordulatszám szabályozó általában arányos mőködéső. Így állandósult állapotban a különbözı fordulatszám értékekhez a beavatkozó jellemzınek és ennek megfelelıen a teljesítménynek meghatározott értéke tartozik. Az összetartozó értékeket ábrázoló függvény a fordulatszám szabályozás (statikus) jelleggöbéje.


n,1/min

nü

np

P=0

Pn

P,MW

9

Turbina fordulatszám szabályozás 2. • Jelleggörbe eltolás: –

–

A fordulatszám szabályozás jelleggörbéje szerint a különbözı fordulatszám értékekhez egy-egy meghatározott teljesítmény tartozik. Ha viszont megkívánjuk, hogy azonos fordulatszámhoz különbözı szelepállások és ennek megfelelıen különbözı teljesítmények tartozhassanak, akkor a jelleggörbéjét önmagával párhuzamosan eltolhatóvá kell tenni. A szabályozónak ezt megvalósító szerkezetét fordulatszám elállítónak nevezzük.

n,1/min

nü

np

P=0


Pn

P,MW

10

Turbina fordulatszám szabályozás 3. • Turbina „fordulatra hozása”: – –

–

–

– –

A fordulatszám változási sebesség függ a turbina hımérsékletétıl. A legtökéletesebben kiegyensúlyozott forgórésznek is van egy kis egyensúlyozatlansága, amelybıl a keletkezı erık lengéseket gerjesztenek. Amikor egy adott lengés frekvenciája megegyezik a forgórész sajátfrekvenciájával, rezonancia lép fel, és a forgórész rezgése növekszik. Azt a fordulatszám tartományt, ahol ez a jelenség fellép nevezzük kritikus fordulatszámnak. A turbina forgórésznek általában több kritikus fordulatszáma van. A kritikus fordulatszám tartományon belül a legkevesebb ideig célszerő a turbinát mőködtetni, fordulatszám növeléskor gyorsan el kell hagyni.


1.) Forró turbina: t > 150 °C 2.) Meleg turbina: t > 100 °C 3.) Hideg turbina: t < 100 °C

11

Turbogenerátor párhuzamos kapcsolása 1. • Jelleggörbe eltolás: – –

Együttmőködı, váltakozó áramú gépcsoportok esetén újabb gépcsoport hálózatra kapcsolásának több feltétele van. A hálózatra kapcsolás pillanatában a gép és a hálózat között meg kell egyeznie • • •

–

–

E feltételek biztosítását, beállításának folyamatát szinkronizálásnak nevezzük. A szinkronizálást egyre elterjedtebben automatizálják. Hálózatra kapcsolás után a párhuzamosan járó szinkron generátorok üzemének két sajátossága van • •

–

–

az f frekvenciának (fordulatszámnak) az U feszültségnek a fázishelyzetnek (R, S, T fázisok).

DTU

n ϖ

( p1 ; υ1 )


G

T MH

MT

Pk

a frekvencia azonossága a közös győjtısín feszültség.

A frekvencia a hálózat minden pontján gyakorlatilag azonos azt eredményezi, hogy az egyes generátorokat hajtó turbináknál végrehajtott fordulatszám-elállítással közvetlenül csak a generátorok által szolgáltatott wattos teljesítményt lehet befolyásolni. A fordulatszám ill. frekvencia csak az energia egyensúlyon keresztül változik meg a rendszer nagyságától függıen kisebb vagy nagyobb mértékben.


12

Turbogenerátor párhuzamos kapcsolása 2. • Jelleggörbe eltolás: –

–

Valamely gépegység munkapontja a fordulatszám-szabályozás jelleggörbéjének és a fogyasztói rendszer jelleggörbéjének a metszéspontjában alakul ki. Az utóbbi lehet egy munkagép jelleggörbéje (egyedi hajtás) egy fogyasztói körzet jelleggörbéje (sziget üzem) •

–

M1, M2 munkapontok;

DTU

( p1 ; υ1 )

n ϖ

G

T MH

vagy együttmőködı hálózatra kapcsolt gép esetén a hálózat jelleggörbéje n,min-1 •


MT

Pk

M3 munkapont.

nf

nü nn np na

M2

1 3

∆n

1: A fordulatszám szabályzó jelleggörbéje

M3 M1

2: A fogyasztói rendszer jelleggörbéje elszigetelt üzemben

2

3: Nagy, merev rendszer jelleggörbéje

P1

P2

P3

100 P,%


13

•

0.5 bar

1 bar

2 bar

5 bar

10 bar

0.2 bar

0.1 bar

50%

70%

100%

0.02 bar

2700 2600 2500

2300

x=0.95

50%

70%

100%

2400

x=0.90

2200

x=0.70

5

x=0.80

x=0.75

5,5

6

x=0.85

6,5

7

7,5

8

8,5

9

s [kJ/(kgK)]

400

350 100 bar

50 bar

250

50%

300

30 bar 20 bar

200 10 bar 5 bar

150

2 bar 1 bar

100

0.5 bar 0.2 bar 0.1 bar

50

0.02 bar x=0.6

0 0


20 bar

2800

70%

A szabályozószelep zárásának eredményeként nem csak az expanzióvonal mozdul el, hanem az alacsonyabb kezdınyomás következtében kisebb gıztömegáram halad végig a turbinán. A kondenzátor hőtésére viszont változatlan hımérséklető és tömegáramú hőtıvíz áll rendelkezésre, így tehát a fenti feltételek mellett alacsonyabb kondenzátornyomás alakul ki.

2900

100%

•

3000

100% 70% 50%

–

3100

h [kJ/kg]

– –

Beavatkozás: a reaktor hıteljesítményét 100%-ról 70, és 50%-ra csökkentettük úgy, hogy a turbina elınyomás szabályozója mőködött. A turbina fojtásos szabályozással üzemel. A 100%-os állapothoz képest részterhelésen az expanzió kezdıpontja a h-s és T-s diagramokban jobbra tolódik a fojtás okozta irreverzibilis entrópianövekedés hatására. Az utolsó kisnyomású fokozat utáni gızállapot alakulását a terhelés függvényében, megállapítható, hogy az expanzió kisebb terhelésen alacsonyabb nyomáson ér véget. Ok:

3200

T [°C]

–

30 bar

• Turbina belsı folyamatai stacioner üzemviszonyok között:

50 bar

100 bar

VVER hıséma részletes vizsgálata 1.

1

2

3

4

5

s [kJ/(kgK)]

x=0.7

6

x=0.8

7

x=0.9

8

14

9

0.5 bar

1 bar

2 bar

5 bar

10 bar

0.2 bar

0.1 bar

50%

70%

100%

0.02 bar

2600 2500

2300

70%

x=0.95

50%

2400

x=0.90

2200

A szabályozó szelepen elszenvedett fojtásos állapotváltozás következtében a turbinában lejátszódó expanzió egy nagyobb entrópiájú (a diagramban jobbrább fekvı) pontból indul, így az expanzió nagyobb entrópián ér véget. A fojtás során fellépı irreverzibilitások (∆sirr) okozta entrópia növekedés miatt a kondenzátorban a (Tk⋅ ∆sirr) szorzatnak megfelelı többlet hıt kell elvonni egységnyi tömegő közegtıl.

20 bar

2700

x=0.70

5

x=0.80

x=0.75

5,5

6

x=0.85

6,5

7

7,5

8

8,5

9

s [kJ/(kgK)]

400

350 100 bar

300 50 bar

250

50%

•

2800

70%

Ok:

2900

100%

–

névleges állapotban (100%): közel 34%, 50%-os terhelési szinten: 30.9%.

3000

100%

• •

3100

h [kJ/kg]

– –

Beavatkozás: a reaktor hıteljesítményét 100%-ról 70, és 50%-ra csökkentettük úgy, hogy a turbina elınyomás szabályozója mőködött. A turbina fojtásos szabályozással üzemel. A körfolyamat hatásfoka romlik:

3200

T [°C]

–

30 bar

• Turbina belsı folyamatai stacioner üzemviszonyok között:

50 bar

100 bar


30 bar 20 bar

200 10 bar 5 bar

150

100% 70% 50%

2 bar 1 bar

100

0.5 bar 0.2 bar 0.1 bar

50

0.02 bar x=0.6

0 0


1

2

3

4

5

s [kJ/(kgK)]

x=0.7

6

x=0.8

7

x=0.9

8

15

9

VVER hıséma részletes vizsgálata 3. • Turbina belsı folyamatai stacioner üzemviszonyok között:

•

•

Minden olyan turbina fokozatra vagy turbina szakaszra, amelynek keresztmetszete nem változtatható és nincsen a szakaszon belül gızelvétel, az ún. Stodola-szám állandó. Az adott i-edik fokozatra a Stodola-szám:

Gıztömegáram a fokozaton [kg/s]

A gıztömegáramok és fokozati nyomások részterhelésen csökkennek. Ok: •

G2 Sti = 2 tui 2 Ti −1 x i −1 pi −1 − pi ahol Gtui az i-edik fokozat gıztömegárama, pi-1 a fokozat elıtti, pi a fokozat utáni nyomás, Ti-i a fokozat elıtti gızhımérséklet, xi-1 a fokozat elıtti gıztartalom. Az elsı nagynyomású turbina fokozat - a szabályozó fokozat - kivételével valamennyi fokozatra egyenként teljesül a fenti feltétel, vagyis a fokozatok Stodolaszáma a terheléstıl függetlenül állandó. Ekkor akkor megváltozott terhelési állapotban a fokozaton áthaladó gıztömegáram:

pi2−1 − pi2 Gtui = St i Ti −1 xi −1 Fojtásos szabályozás ⇒csökken a turbinába belépı gız nyomása. A kondenzátornyomás változása csak igen kis mértékő ⇒lecsökken a turbina fokozatok számára „rendelkezésre álló” nyomáskülönbség.

100% 90% 80% 70% 60% 50%

350

Fokozati nyomás [bar]

–

400

300

250

200

150

100

50

0 Gtunny1

Gtunny2

Gtunny3

Gtunny4

Gtunny5

Gtunny6

Gtukny1

Gtukny2

Gtukny3

Gtukny4

Gtukny5

Turbina fokozatok

45,00

40,00

100% 90% 80% 70% 60% 50%

35,00

30,00

25,00

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00 pnny0


pnny1

pnny2

pnny3

pnny4

pnny5

pnny6

pkny0

Turbina fokozatok

pkny1

pkny2

pkny3

pkny4

16

pkond

VVER hıséma részletes vizsgálata 4. • Turbina belsı folyamatai stacioner üzemviszonyok között:

Átlagos relatív nedvességtartalmak a turbina fokozatokban 0,16

0,12

0,1

0,08

0,06

0,04

0,02

0 Ynny1átl

Ynny2átl

Ynny3átl

Ynny4átl

Ynny5átl

Ynny6átl

Ykny1átl

Ykny2átl

Ykny3átl

Ykny4átl

Ykny5átl

0.5 bar

1 bar

2 bar

5 bar

10 bar

20 bar

50 bar

30 bar

Turbina fokozatok

0.2 bar

3200

0.1 bar

50%

3000

70%

100%

3100

2900 2800 2700

0.02 bar

h [kJ/kg]

–

100% 90% 80% 70% 60% 50%

100 bar

–

A fokozatok utáni gız nedvességtartalom értékei részterhelésen csökkennek, mert az expanzióvonal jobbra tolódása azt eredményezi, hogy alacsonyabb terhelési szinten a nagyobb gıztartalmú, vagyis az alacsonyabb nedvesség tartalmú tartomány felé csúszik el az expanzióvonal. 60%-os ill. az alatti terhelési szinten az expanzió a kisnyomású házban a harmadik fokozat helyett csak a negyedik fokozatban ér be a nedves mezıbe. Azon turbina fokozatok, amelyek a nedves mezıben dolgoznak, nı a fokozati hatásfokuk, hiszen az alacsonyabb nedvességtartalom miatt csökken a vízfékezési veszteség is. (Ettıl még a körfolyamat hatásfoka romlik részterhelésen, mert a fojtás miatti veszteséget ez nem ellensúlyozza. )

Relatív nedvességtartalom [-]

0,14

–

2600

2300

x=0.90

2200


x=0.95

50%

100%

2400

70%

2500

x=0.70

5

x=0.80

x=0.75

5,5

6

x=0.85

6,5

7 s [kJ/(kgK)]

7,5

8

8,5

17

9

VVER hıséma részletes vizsgálata 5. 25000

100% reaktorteljesítményre Atomerımővek, 2008. március 6.

Pkilép (Qreak/2=100%) Pkilép (Qreak/2=90%) Pkilép (Qreak/2=80%) Pkilép (Qreak/2=70%)

20000

15000

10000

5000

0 0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

Kondenzátor nyomása [bar] 236

70

Turbina teljesítmény Fajlagos kilépési veszteség 235

60

234

50

233

40

232

30

231

20

230 0,02

0,025

0,03

0,035

Kondenzátor nyomása [bar]

0,04

0,045

10 0,05

18

Fajlagos kilépési veszteség [kJ/kg]

–

Részterhelésen a kilépési veszteség kisebb, mint névleges terhelésen, azonban ennek mértéke újra számottevıvé válik, ha a kondenzátornyomás jelentısen a névleges kondenzátornyomás alá csökken. A kondenzátornyomás csökkentésével a kilépési veszteség monoton nı, hiszen a nyomás csökkenése a gız fajtérfogatának növekedésével jár, minek következtében nı a gız kilépı abszolút sebessége. Jól megfigyelhetı, hogy a turbinateljesítménynek a kondenzátornyomás függvényében maximuma van. A definíció szerint azt a kondenzátornyomást, amelynél adott gıztömegáram mellett a turbinateljesítménynek maximuma van, határvákuumnak nevezzük.

Turbinateljesítmény [MW]

–

Kilépési veszteségteljesítmény [kW]

• Kondenzátor viselkedése:

VVER hıséma részletes vizsgálata 6. • Kondenzátor viselkedése a hőtıvíz forgalmának növelésekor:

•

•

•

ha növeljük a hőtıvíz tömegáramát, nı a csöveken belüli áramlási sebesség, és a sebesség 0,8 hatványával arányosan javul a hıátadás (hıátadás csövekben történı kényszeráramlás esetén). A kondenzátorban általában a vízoldali hıátadási tényezı a kisebb, alapvetıen ez határozza meg a k hıátviteli tényezı értékét, amely így valamelyest növekedni fog. A kondenzátorok kihasználási tényezıje: k⋅ F Φ =1−e

−

& v’z cv’z ⋅m

a k hıátviteli tényezı kismértékő növekedését ellensúlyozza a kitevı nevezıjében szereplı hőtıvíz tömegáram (mvíz) változása, így a tömegáram 0.2 hatványával arányosan a kihasználási tényezı enyhén csökken.


60

0,63

0,62

50

dTbe dTki dTln k*F Thvízki Tskond FI

40

30

0,61

0,6

FI [-]

–

Nı a (k⋅F) tényezı és csökken a kondenzátor kihasználási tényezıje (Ф). Ok:

T, dT [K], k*F [MW/K]

–

0,59 20 0,58

10

0 6000

0,57

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

15000

0,56 16000

Ghőtvíz [kg/s]

19

–

–

Beavatkozás: a reaktor hıteljesítményét csökkentettük úgy, hogy a turbina elınyomás szabályozója mőködött. A turbina fojtásos szabályozással üzemel. Részterhelésen csökken a (k⋅F) tényezı és nı az elımelegítı kihasználási tényezıje (Ф). Ok: •

• •

•

a turbinateljesítmény csökkenésekor (részterhelésen) mind kevesebb a munkaközeg áramlik a körfolyamatban ⇒ csökken a tápvíz-elımelegítık vízoldalán áramló tápvíz-tömegáram és csökken a víz sebessége is. A sebesség 0.8 hatványával arányosan romlik a hıátadás a csöveken belül. Mivel a vízoldali hıátadási tényezı kisebb, mint a gızoldali kondenzációs hıátadási tényezı, így a k hıátviteli tényezı is valamelyest csökkenni fog. A kihasználási tényezı a tömegáram 0.2 hatványával arányosan enyhén nı.


0,95

3

0,94

2,5

0,93

2

FI k

0,92

0,91

1,5

1

0,9

0,89 120

2

–

FI [-]

• Az elımelegítıkben és a gáztalanítóban lejátszódó folyamatok vizsgálata:

0,5

140

160

180

200

0 240

220

Ptu [MW]

Φ =1− e

−

k⋅ F & v’z cv’z ⋅m

20

k [kW/(m K)]


VVER hıséma részletes vizsgálata 8. • Az elımelegítıkben és a gáztalanítóban lejátszódó folyamatok vizsgálata:

– – –

–

–

–

20

15

15

10

10

5

5

G [kg/s]

Beavatkozás: a reaktor hıteljesítményét csökkentettük úgy, hogy a turbina elınyomás szabályozója mőködött. A turbina fojtásos szabályozással üzemel. A gáztalanító nyomása a terheléstıl függetlenül állandó. A megcsapolási nyomások csökkennek részterhelésen. Névleges üzemben a gáztalanítót a 3. nagynyomású megcsapolásról főtjük. Ennek a megcsapolásnak a nyomása megegyezik pnny3 nyomással. Amikor pnny3 nyomás görbéje elmetszi a pgtt+0.5 egyenest, azon a ponton kell átkapcsolni a gáztalanító főtését a következı megcsapolásra.

20

25

pgtt pgtt+0.5 pnny2 pnny3 Ggtgız Ggtgız2

p [bar]

–

25

0 100

0 120

140

160

180

200

220

240

260

280

Ptu [MW]

Akkor kell átkapcsolni a gáztalanító főtését a 3. megcsapolásról a 2. megcsapolásra, amennyiben a 3. megcsapolás nyomása és a gáztalanító nyomása közötti különbség 0.5 bar alá csökken

Az egész tápvíz-elımelegítı soron csökkennek a főtıgız hımérsékletek és csökken az egyes elımelegítıkbıl kilépı tápvíz hımérséklete, ezért a terhelés csökkenésével mind nagyobb arányban nı a gáztalanítóban megvalósítandó elımelegítés mértéke. Ezért részterhelésen fokozatosan nı a gáztalanító főtésére elvett gıztömegáram.


21



Ptu [MW] 260,4

25

234,4 208,6 182,9 157,4

20

131,3

•

•

– –

az elımelegítık gızoldali nyomása stacionárius körülmények között - mindig alacsonyabb, mint az azt tápláló megcsapolás nyomása a megcsapolási vezeték nyomásvesztesége miatt; részterhelésen csökken a nyomáskülönbség a megcsapolási hely és az elımelegítı gıztere között is. ⇒ kevesebb gız áramlik az elımelegítıkbe ⇒ elımelegítı gızoldali nyomása csökken.

Kivétel: GTT, hiszen ott állandó nyomást kell tartani. Gızhımérsékletek és az elımelegítıkbıl kilépı tápvízhımérsékletek is követik a nyomás változását.


15

pE8gız

10

pE7gız pgtt

5

0

pkond

pE1gız pE2gız

pE6gız

pE5gız pE3gız pE4gız Elımelegítık

250

200

TE8tvki TE7tvki Tgttvki TE6tvki

150

T [°C]

–

Beavatkozás: a reaktor hıteljesítményét csökkentettük úgy, hogy a turbina elınyomás szabályozója mőködött. A turbina fojtásos szabályozással üzemel. Az elımelegítık gızoldali nyomásai a turbinateljesítmény függvényében, hasonlóan változnak, mint a turbina fokozati nyomásai:

p [bar]

106,7

–

TE5tvki

Ptu [MW]

260,4 234,4 208,592 182,929 157,398 131,315 106,72

TE4tvki

100

TE3tvki TE2tvki 50

TE1tvki Tskond 0

Elımelegítık

22



Ptu [MW] 260,4

25

234,4 208,6 182,9 157,4

20

131,3

•

•

–

részterhelésen egyre nagyobb mértékő tápvízelımelegítés feladata hárul a gáztalanítóra, hiszen fokozatosan csökken a gáztalanítóba belépı tápvíz hımérséklete, miközben a táptartályból a tápvíz a terheléstıl függetlenül a névleges 6,97 bar nyomásnak megfelelı telítési hımérsékleten (164,8 °C) lép ki. Az ábra azt is jól mutatja, hogy amennyiben 60%-os reaktorteljesítmény (Ptu=131,3 MW) alatt nem kapcsoljuk át az E6 elımelegítı főtését nagyobb nyomású megcsapolásra, akkor az E6 jelő hıcserélı tápvízelımelegítést végezni gyakorlatilag már nem képes.

A gızoldali telítési hımérséklet a terhelés csökkenésével fokozatosan csökken, ezért • •

a hıcserélıkben csökkenni fog a gızoldal és a vízoldal között rendelkezésre álló hıfokrés; részterhelésen kismértékben javul ugyan az elımelegítık kihasználási tényezıje, mégis csökkenni fog az egyes elımelegítıkbıl kilépı tápvíz hımérséklete.

15

pE8gız

10

pE7gız pgtt

5

0

pkond

pE1gız pE2gız

pE6gız

pE5gız pE3gız pE4gız Elımelegítık

250

200

TE8tvki TE7tvki Tgttvki TE6tvki

150

T [°C]

Az állandó nyomású gáztalanítás hatása:

p [bar]

106,7

–

TE5tvki

Ptu [MW]

260,4 234,4 208,592 182,929 157,398 131,315 106,72

TE4tvki

100

TE3tvki TE2tvki 50

TE1tvki Tskond 0

Elımelegítık


23

– –

–

–

–

Az újrahevítıkön átáramló munkagız tömegárama részterhelésen csökken. Részterhelésen a turbina megcsapolási nyomásai csökkennek ⇒ az elsı újrahevítı fokozat főtıgız hımérsékletének is csökken (az expanzió a nagynyomású házban végig a telített mezıben zajlik le), hiszen az a 2. nagynyomású megcsapolásról származik. Ezzel összhangban az újrahevítıbe belépı munkagız hımérséklete is csökken részterhelésen, mivel az egész turbinában csökkennek a nyomások és ezáltal a telített gız hımérsékletek. TH 1. fokozat hatásossága (Ф) javul, ezért részterhelésen csökken a hıcserélı kilépı hıfokrése ⇒ részterhelésen csökken az elsı újrahevítı fokozatból kilépı munkagız (T_TH1ki) és az azt főtı gız hımérsékletének (T_TH1) különbsége. A második újrahevítı fokozatban ettıl eltérı folyamatokat figyelhetünk meg: •

•

a második újrahevítı fokozatot a fıgızvezetékrendszerrıl a turbina elıtt elvett frissgızzel főtjük és mivel a fıgızrendszer nyomását a turbina elınyomás szabályozó a különbözı turbinateljesítmények mellett is állandó értéken tartja, így az eltérı terheléső, stacionárius állapotokban ez a gızhımérséklet megegyezik a névleges értékkel; így a második újrahevítı fokozatot a terheléstıl függetlenül állandó hımérséklető gız főti.

T [°C]

A cseppleválasztó-túlhevítı egység vizsgálata:

300

300

250

250

200

200

150

150

T_TH1 T_TH1be T_TH1ki T_TH2 T_TH2ki GTH1be

100

50

0 100

120

160

180

200

220

100

50

0 260

240

Ptu [MW] QTH2 QTH1

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0 106,701


140

35000

Q [kW]

•

131,295

157,379

182,914

Ptu [MW]

208,583

234,4

24

G [kg/s]


VVER hıséma részletes vizsgálata 12. Egy atomerımővi reverzibilis gızkörfolyamat kezdı nyomása 44 bar, a kondenzátor nyomása 0,06 bar. A NNY házban a gız 3 bar nyomásig expandál, majd a nedves gızt az 1.) kapcsolás szerint mechanikus cseppleválasztóba vezetik, míg a 2.) kapcsolásban a cseppleválasztó után a telített gızt 246 °C hımérsékletig egy fokozatban frissgızzel túlhevítik. A tápvizet a keverı elımelegítıben a 3 bar nyomáshoz tartozó telítési hımérsékletig (tu = 133,54 °C) melegítik elı. A szivattyúk munkája elhanyagolható. • Ábrázolja mindkét kapcsolás körfolyamatát T-s diagramon! • Mekkora az 1.) és 2.) gızkörfolyamat hatásfoka? (Az állapotjelzık értékeit a mellékelt táblázat tartalmazza.)

1.) kapcsolás


h, kJ/kg

s, kJ/(kg⋅K)

1”

2797,2

6,0268

uo

2332,6

6,0268

u”

2725,5

6,9930

u1

2959,4

7,5015

2u1

2310,7

7,5015

u’

561,44

1,6717

2’

151,5

0,5209

2.) kapcsolás

25

Köszönöm a figyelmet!


26

Atomerımővek. Turbinaszabályozás. A nyomottvizes atomerımővek hısémájának részletes vizsgálata, termodinamikai jellemzésük

Recommend Documents