压水堆核电厂二回路热力系统课程设计报告书Word下载.docx

压水堆核电厂二回路热力系统课程设计报告书Word下载.docx

《压水堆核电厂二回路热力系统课程设计报告书Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压水堆核电厂二回路热力系统课程设计报告书Word下载.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

从提高核电厂热效率的角度来看，提高一回路主系统中冷却剂的工作压力是有利的。

但是，工作压力提高后，相应各主要设备的承压要求、材料和加工制造等技术难度都增加了，反过来影响到核电厂的经济性。

综合考虑，典型压水堆核电厂主回路系统的工作压力一般为15~16MPa（15.5），对应的饱和温度为342~347℃。

为了确保压水堆的安全，反应堆在运行过程中必须满足热工安全准则，其中之一是堆芯不能发生水力不稳定性，一般要求反应堆出口冷却剂的欠饱和度应至少大于10℃，为保险起见，可取欠饱和度大于15~20℃。

3.2.2二回路工质的参数选择

二回路系统需要确定的参数包括蒸汽发生器出口蒸汽的温度与压力（蒸汽初参数）、冷凝器运行压力（蒸汽终参数）、蒸汽再热温度、给水温度和焓升分配等。

（1）蒸汽初参数的选择

压水堆核电厂的二回路系统一般采用饱和蒸汽，蒸汽初温与蒸汽初压为一一对应关系。

根据朗肯循环的基本原理，在其它条件相同的情况下，提高蒸汽初温可以提高循环热效率，目前二回路蒸汽参数已经提高到6~7MPa，对于提高核电厂经济性起到了重要作用，但是受一次侧参数的严格制约，二回路蒸汽初参数不会再有大幅度的提高。

（2）蒸汽终参数的选择

在热力循环及蒸汽初参数确定的情况下，降低汽轮机组排汽压力有利于提高循环热效率。

但是，降低蒸汽终参数受到循环冷却水温度Tsw,1、循环冷却水温升ΔTsw以及冷凝器端差δt的限制。

除了对热经济性影响之外，蒸汽终参数对汽轮机低压缸末级叶片长度、排汽口尺寸均有重要影响，因此，需要综合考虑多方面因素选择蒸汽终参数。

凝结水的温度为

Tcd=Tsw,1+ΔTsw+δt

式中，Tsw,1—循环冷却水温度，按照当地水文条件或者国家标准选取；

ΔTsw—循环冷却水温升，一般为6~12℃；

δt—冷凝器传热端差，一般为3~10℃。

忽略凝结水的过冷度，则冷凝器的运行压力等于凝结水温度对应的饱和压力。

（3）蒸汽中间再热参数的选择

蒸汽再热器使用高压缸抽汽和蒸汽发生器新蒸汽加热，所以汽水分离再热器出口的热再热蒸汽（过热蒸汽）比用于加热的新蒸汽温度要低10~20℃左右。

再热蒸汽在第一、二级再热器中的焓升、流动压降可取为相等。

（4）给水回热参数的选择

多级回热分配可以采用汽轮机设计时普遍使用的平均分配法，即每一级给水加热器给水的焓升相等，这种方法简单易行。

每一级加热器的给水焓升为

式中，

—蒸汽发生器运行压力对应的饱和水比焓，kJ/kg；

—冷凝器出口凝结水比焓，kJ/kg；

Z—给水回热级数。

最佳给水温度可使回热循环汽轮机绝对效率达到最大值。

采用平均分配法进行回热分配时，其最佳给水比焓为

按照蒸汽发生器运行压力psg和最佳给水比焓hfw,op查水和水蒸汽表，可以确定最佳给水温度Tfw,op。

实际给水温度Tfw往往低于理论上的最佳给水温度Tfw,op，通常可以取为

（取0.7）

由压力和实际给水温度，再一次通过等焓生分配的方法确定每一级加热器的焓升。

实际每一级给水焓升为：

式中，hfw—给水比焓，kJ/kg；

hcd—冷凝器出口凝结水比焓，kJ/kg；

高压、低压给水加热器均为表面式加热器，加热蒸汽分别来自主汽轮机高压缸、低压缸的抽汽。

给水加热器蒸汽侧出口疏水温度（饱和温度）与给水侧出口温度之差称为上端差（出口端差）θu，蒸汽侧蒸汽温度与给水侧进口温度之差称为下端差（进口端差）θd，如图4所示。

图4表面式换热器的端差

对于每一级给水加热器，根据给水温度、上端差即可确定加热用的抽汽温度。

由于抽汽一般是饱和蒸汽，由抽汽温度可以确定抽汽压力。

4．热力计算方法与步骤

进行机组原则性热力系统计算采用常规计算法中的串联法，对凝汽式机组采用“由高至低”的计算次序，即从抽汽压力最高的加热器开始计算，依次逐个计算至抽汽压力最低的加热器。

这样计算的好处是每个方程式中只出现一个未知数，适合手工计算。

热力计算过程使用的基本公式是热量平衡方程、质量平衡方程和汽轮机功率方程。

热平衡计算的一般步骤如下：

图5热力计算的一般流程

1.整理原始资料

（1）给水加热器蒸汽侧压力等于抽汽压力减去抽汽管道压损；

（2）给水加热器疏水温度和疏水比焓分别为汽侧压力下对应的饱和水温度和饱和水比焓；

（3）高压给水加热器水侧压力取为给水泵出口压力（比蒸汽发生器运行压力高

0.1~0.2MPa），低压给水加热器水侧压力取为凝水泵出口压力（一般取为0.4~0.5MPa），取压力在每级换热器均匀递减；

（4）给水加热器出口水温等于疏水温度减去出口端差；

（5）给水加热器出口水温度由加热器出口水比焓和水侧压力查水和水蒸汽表确定；

2.核蒸汽供应系统热功率计算

已知核电厂的输出电功率为Ne，假设电厂效率为ηe,NPP，则反应堆热功率为

蒸汽发生器的蒸汽产量为

式中，η1—回路能量利用系数；

hfh—蒸汽发生器出口新蒸汽比焓，kJ/kg；

—蒸汽发生器运行压力下的饱和水焓，kJ/kg；

hfw—蒸汽发生器给水比焓，kJ/kg；

ξd—蒸汽发生器排污率，通常取为新蒸汽产量的1%左右。

3.二回路系统各设备耗汽量计算

（1）给水回热系统热平衡计算，确定汽轮机各级抽汽点的抽汽量及冷凝器出口凝结水流量Gcd；

第j级给水加热器所需的抽汽量为

式中，Gfw,j—第j级给水加热器的给水流量，kg/s；

Tfwi,j，Tfwo,j—第j级给水加热器进口、出口给水温度，℃；

hes,j，hew,j—第j级给水加热器加热蒸汽、疏水的比焓，kJ/kg；

ηh,j—第j级给水加热器的热效率。

（2）汽轮发电机组耗汽量计算，确定计算工况下汽轮机高压缸、低压缸以及汽

水分离再热器的耗汽量；

具有Z级抽汽的汽轮机的功率为

式中，h0,hz—分别为汽轮机进、出口处蒸汽比焓，kJ/kg；

hes,i—汽轮机第i级抽汽点的蒸汽比焓，kJ/kg；

Ges,i—汽轮机第i级抽汽点的抽汽量，kg/s；

Gt,s—汽轮机总的耗汽量，kg/s。

根据上式可以计算得到汽轮机的耗汽量。

（3）给水泵计算，确定给水泵汽轮机的耗汽量；

给水泵汽轮机进汽为新蒸汽，排汽参数等于高压缸排汽；

给水泵的有效输出功率为

式中，Gfw—给水泵的质量流量，kg/s；

Hfwp—给水泵的扬程，MPa。

ρfw—给水的密度。

给水泵汽轮机的理论功率为

式中，ηfwp,p—汽轮给水泵组的泵效率；

ηfwp,ti,ηfwp,tm,ηfwp,tg—分别给水泵组汽轮机的效率、机械效率和减速器效率。

给水泵汽轮机的耗汽量为

式中，Ha——给水泵汽轮机中蒸汽的绝热焓降，kJ/kg。

（4）确定对应的新蒸汽耗量Gs，进一步求出对应的给水量

，由

与各级加热器的疏水量，求出

（5）比较

与

，若相对误差大于1%，返回步骤

（1）进行迭代计算，直到满足精度要求为止。

（6）确定二回路系统总的新蒸汽耗量

4.核电厂热效率计算

根据以上步骤计算得到的新蒸汽耗量，计算反应堆的热功率

进而可以计算出核电厂效率为

5.计算精度判断

将计算得到的核电厂效率

与初始假设的

比较，若绝对误差小于0.1%，即完成计算，否则以

为初始值，返回步骤2进行迭代计算。

5．设计与热力计算

按照初步设计基本流程，首先确定压水堆核电厂二回路热力系统原则方案，并根据已知条件和给定参数，选择确定一、二回路工质的主要热力参数，然后采用定功率计算法对热力系统原则方案进行100%功率下的热平衡计算，确定核电厂效率、总蒸汽产量、总给水量、汽轮机耗汽量、给水泵功率和扬程等主要参数，为二回路热力系统方案设计和优化提供基础。

5.1已知条件和给定参数

初步设计所依据的已知条件和给定参数如表1所示。

序号

项目

符号

单位

取值围或数值

1

核电厂输出电功率

Ne

MW

1000

2

一回路能量利用系数

0.99～1.0取0.994

3

蒸汽发生器排污率

1.05%

4

汽轮机组相对效率

0.78～0.90高压缸取0.79，低压缸取0.89

5

汽轮机组机械效率

0.98～0.99取0.98

6

发电机效率

7

新蒸汽压损

Δpfh

MPa

Δpfh=（3%～7%）pfh取5%

8

再热蒸汽压损

Δprh

Δprh≤10%prh取6%

9

回热抽汽压损

Δpe,j

Δpe,j=（3～5%）Δpe取4%

10

低压缸排汽压损

Δpcd

kPa

5%

11

高压给水加热器出口端差

θh,u

℃

12

低压给水加热器出口端差

θl,u

13

加热器效率

ηh

0.97～0.99取0.98

14

给水泵效率

ηfwp,p

0.58

15

给水泵汽轮机效率

ηfwp,ti

0.78～0.9取0.8

16

给水泵汽轮机机械效率

ηfwp,tm

0.90

17

给水泵汽轮机减速器效率

ηfwp,tg

0.98

18

循环冷却水进口温度

Tsw,1

24

19

循环冷却水温升

ΔTsw

6～8取7

20

冷凝器传热端差

δT

3～10取4

5.2热力系统原则方案确定

拟设计的压水堆核电厂输出电功率为1000MW，属于大型机组，按照第3节介绍的基本思想，选择确定二回路热力系统原则方案，并参照图1的形式，绘制其原理流程图。

5.3主要热力参数选定

在选定的二回路热力系统原则方案的基础上，按照第3.2节介绍的基本思想，选择确定热平衡计算所需的主要热力参数。

表2主要热力参数确定

计算公式或来源

数值

反应堆冷却剂系统运行压力

Pc

选定，15～16

15.5

反应堆冷却剂的饱和温度

Tc,s

查水和水蒸汽表确定

344.79

反应堆出口冷却剂过冷度

ΔTsub

选定，15~20

17.79

反应堆出口冷却剂温度

Tco

Tco=Tc,s−ΔTsub

327

反应堆进出口冷却剂温升

ΔTc

选定，30～40

37

反应堆进口冷却剂温度

Tci

Tci=Tco−ΔTc

290

二回路蒸汽压力

Ps

选定6～7

6.5

蒸汽发生器出口新蒸汽温度

Tfh

ps对应的饱和温度

280.86

蒸汽发生器出口新蒸汽干度

xfh

%

给定

99.75

选定6～8

选定3～10

冷凝器凝结水饱和温度

Tcd

Tcd=Tsw,1+ΔTsw+δT

36

冷凝器的运行压力

Pcd

Tcd对应的饱和压力

5.947

高压缸进口蒸汽压力

Ph,i

新蒸汽压损5%

6.175

高压缸进口蒸汽干度

xh,i

散热导致焓值下降，造成干度下降

99.51

高压缸效率

ηh,i

选定

0.79

高压缸排汽压力

ph,z

根据最佳分缸比选定

0.741（分缸比0.12）

高压缸排汽干度

xh,z

由效率等计算

86.15

汽水分离器进口蒸汽压力

psp,i

等于高压缸排气压力

0.741

汽水分离器进口蒸汽干度

xsp,i

等于高压缸排气干度

21

第一级再热器进口蒸汽压力

prh1,i

考虑4%的压损

0.711

22

第一级再热器进口蒸汽干度

xrh1,i

99.5

23

第二级再热器进口蒸汽压力

prh2,i

考虑2%的压损

0.697

第二级再热器进口蒸汽温度

Trh2,i

平均焓升计算

214.3115

25

第二级再热器出口蒸汽压力

prh2,z

考虑压损为2%

0.683

26

第二级再热器出口蒸汽温度

Trh2,z

265.85885

27

低压缸进口蒸汽压力

pl,i

考虑压损0.002Mpa

0.681

28

低压缸进口蒸汽温度

Tl,i

根据热再热蒸汽焓值计算

265.8288

29

低压缸效率

ηl,i

0.89

30

低压缸排汽压力

pl,z

冷凝器压力与排汽压损之和

0.00593

31

低压缸排汽干度

xl,z

根据低压缸效率等计算

88.83

32

回热级数

Z

33

低压给水加热器级数

ZL

34

高压给水加热器级数

ZH

35

给水回热分配

Δhfw

kJ/kg

99.46

第1级回热器参数

第1级进口给水压力

凝水泵出口压力，因为凝水泵对凝水做功加压

0.5

第1级进口给水比焓

hlfwi,1

hlfwi,1=hlfwo,0

146.6448

第1级出口给水比焓

hlfwo,1

hlfwo,1=hlfwi,1+Δhfw

246.1048

第1级进口给水温度

Tlfwi,1

按（pcwp,hlfwi,1）查水蒸汽表

第1级出口给水温度

Tlfwo,1

按（pcwp,hlfwo,1）查水蒸汽表

58.71

第1级汽侧疏水温度

出口给水温度与出口端差之和

60.71

第1级汽侧疏水比焓

查水蒸汽表

254.06

第1级汽侧压力

查水蒸气表

0.02058

第2级回热器参数

第2级进口给水压力

考虑均匀压降

0.49

第2级进口给水比焓

hlfwi,2

hlfwi,2=hlfwo,1

第2级出口给水比焓

hlfwo,2

hlfwo,2=hlfwi,2+Δhfw

345.56

第2级进口给水温度

Tlfwi,2

按（pcwp,hlfwi,2）查水蒸汽表

第2级出口给水温度

Tlfwo,2

按（pcwp,hlfwo,2）查水蒸汽表

82.45

第2级汽侧疏水温度

84.45

第2级汽侧疏水比焓

353.61

第2级汽侧压力

0.05657

第3极回热器参数

第3级进口给水压力

0.48

第3级进口给水比焓

hlfwi,3

hlfwi,3=hlfwo,2

346.56

第3级出口给水比焓

hlfwo,3

hlfwo,3=hlfwi,3+Δhfw

445.02

第3级进口给水温度

Tlfwi,3

按（pcwp,hlfwi,3）查水蒸汽表

第3级出口给水温度

Tlfwo,3

按（pcwp,hlfwo,3）查水蒸汽表

106.09

第3级汽侧疏水温度

108.09

第3级汽侧疏水比焓

453.235

第3级汽侧压力

0.13431

第4级回热器参数

第4级进口给水压力

0.47

第4级进口给水比焓

hlfwi,4

hlfwi,4=hlfwo,3

第4级出口给水比焓

hlfwo,4

hlfwo,4=hlfwi,4+Δhfw

544.48

第4级进口给水温度

Tlfwi,4

按（pcwp,hlfwi,4）查水蒸汽表

第4级出口给水温度

Tlfwo,4

按（pcwp,hlfwo,4）查水蒸汽表

129.54

第4级汽侧疏水温度

131.54

第4级汽侧疏水比焓

552.88

第4级汽侧压力

0.28282

除氧器进口给水比焓

hdea,i

38

除氧器出口给水比焓

hdea

hdea=hdea,i+Δhfw

643.94

39

除氧器出口给水温度

Tdea

hdea对应的饱和水温度

148.73

40

除氧器运行压力

pdea

Tdea对应的饱和压力

0.4601

41

高压加热器给水参数

第6级

第6级进口给水压力

给水泵出口压力因为给水泵对给水加压

6.6

第6级进口给水比焓

hhfwi,6

hhfwi,6=hhfwo,5

第6级出口给水比焓

hhfwo,6

hhfwo,6=hhfwi,6+Δhfw

743.40

第6级进口给水温度

Thfwi,6

按（pcwp,hhfwi,6）查水蒸汽表

151.837

第6级出口给水温度

Thfwo,7

按（pcwp,hhfwo,1）查水蒸汽表

174.821

第6级汽侧疏水温度

177.821

第6级汽侧疏水比焓

753.57

第6级汽侧压力

0,9534

第7级

第7级进口给水压力

考虑压降

6.55

第7级进口给水比焓