压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书.docx
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压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书
压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书
目录
目录1
摘要1
1、设计要求1
2、设计内容1
3、热力系统原则方案2
3.1汽轮机组2
3.2蒸汽再热系统2
3.3给水回热系统2
4、主要热力参数选定3
4.1一回路冷却剂的参数选择3
4.2二回路工质的参数选择3
4.2.1蒸汽初参数的选择3
4.2.2蒸汽终参数的选择3
4.2.3蒸汽中间再热参数的选择3
4.2.4给水回热参数的选择3
5、热力计算方法与步骤4
5.1计算步骤如下面的流程图4
5.2根据流程图而写出的计算式5
6、你热力计算数据8
6.1已知条件和给定参数8
6.2主要热力参数选定9
6.3热平衡计算结果表格13
6.4程序及运行结果14
6.4.1用MATLAB程序如下。
14
6.4.2运算结果如下图所示。
17
7、热力系统图20
8、结果分析与结论21
9、参考文献21
摘要
二回路系统是压水堆核电厂的重要组成部分，其主要功能是将反应堆一回路系统产生并传递过来的热量转化为汽轮机转动的机械能，并带动发电机组的转动，最终产生电能。
二回路系统的组成以郎肯循环为基础，由蒸汽发生器二次侧、汽轮机、冷凝器、凝水泵、给水泵、给水加热器等主要设备以及连接这些设备的汽水管道构成的热力循环，实现能量的传递和转换。
反应堆内核燃料裂变产生的热量由流经堆芯的冷却剂带出，在蒸汽发生器中传递给二回路工质，二回路工质吸热后产生一定温度和压力的蒸汽，通过蒸汽系统输送到汽轮机高压缸做功或耗热设备的使用，汽轮机高压缸做功后的乏汽经汽水分离再热器再热后送入低压缸继续做功，低压缸做功后的废气排入冷凝器中，由循环冷却水冷凝成水，经低压给水加热器预热，除氧后用高压给水加热器进一步加热，后经过给水泵增压送入蒸汽发生器，开始下一次循环。
关键字：
热平衡做功循环
设计要求
Ø了解、学习核电厂热力系统规划、设计的一般途径和方案论证、优选的原则；
Ø掌握核电厂原则性热力系统计算和核电厂热经济性指标计算的内容和方法；
Ø提高计算机绘图、制表、数据处理的能力；
Ø培养学生查阅资料、合理选择和分析数据的能力，掌握工程设计说明书撰写的基本原则。
设计内容
根据设计的要求，拟定压水堆核电厂二回路热力系统原则方案，并完成该方案在满功率工况下的热平衡计算。
Ø本课程设计的主要内容包括：
Ø确定二回路热力系统的形式和配置方式；
Ø根据总体需求和热工约束条件确定热力系统的主要热工参数：
Ø依据计算原始资料，进行原则性热力系统的热平衡计算，确定计算负荷工况下各部分汽水流量及其参数、发电量、供热量及全厂性的热经济指标；
Ø编制课程设计说明书，绘制原则性热力系统图.
热力系统原则方案
电站原则性热力系统表明能量转换与利用的基本过程，反映了发电厂动力循环中工质的基本流程、能量转换与利用过程的完善程度。
为了提高热经济性，压水堆核电厂二回路热力系统普遍采用包含再热循环、回热循环的饱和蒸汽朗肯循环，本设计的热力系统图已在后面附出。
汽轮机组
压水堆核电厂汽轮机一般使用低参数的饱和蒸汽，本设计中汽轮机由一个高压缸、3个低压缸组成，高压缸、低压缸之间设置了外置式汽水分离器，以达到将高压缸的排气进行分离再热后成为相应压力下的过热蒸汽。
高压缸约发出整个机组功率的40%，低压缸约发出整个机组功率的60%。
最佳分缸压力大约为0.11倍的蒸汽初压。
蒸汽再热系统
压水堆核电厂通常在主汽轮机的高、低压缸之间设置汽水分离-再热器，对高压缸排汽进行除湿和加热，使得进入低压缸的蒸汽达到过热状态，从而提高低压汽轮机运行的安全性和经济性。
本设计中汽水分离-再热器由一级分离器、两级再热器组成，第一级再热器使用高压缸的抽汽加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽加热，最终再热蒸汽达到相应压力下的过热蒸汽，过热度为98℃。
分离器的疏水排放到除氧器，第一级、第二级再热器的疏水分别排放到高压给水加热器，可参考所附的热力系统图。
给水回热系统
给水回热系统由回热加热器、回热抽汽管道、凝给水管道、疏水管道等组成。
回热加热器按照汽水介质传热方式不同分为混合式加热器和表面式加热器，在本设计中高压、低压给水加热器采用表面式换热器，除氧器采用混合式加热器。
高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽进行加热，除氧器采用高压缸的排汽进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低压缸的抽汽进行加热。
高压给水加热器的疏水采用逐级回流的方式，最终送入除氧器；低压给水加热器的疏水全部采用逐级回流的方式，最终送入冷凝器。
在选择给水回热级数时，均衡了每增加一级加热器所增加设备投资费用和热效率的提高程度，所以最终选择回热级数为7级（其中除氧器也算一级回热级数）。
为了很好地适应机组变负荷运行，给水泵采取汽动方式，可以利用蒸汽发生器的新蒸汽驱动给水泵汽轮机，因而具有较好的经济性。
给水泵汽轮机排出的废汽被送到冷凝器中。
本设计中使用热力除氧器对给水进行除氧，从其运行原理来看，除氧器就是一混合式加热器。
来自低压给水加热器的给水以及高压给水加热器的疏水在除氧器中被来自汽轮机高压缸排汽加热到除氧器运行压力下的饱和温度，其中高压缸排汽的压力高于除氧器的运行压力，所以高压缸排汽在排入冷凝器之前需经过减压装置进行减压。
除过氧的饱和水再由给水泵输送到高压给水加热器，被加热到规定的给水温度后再送入蒸汽发生器。
主要热力参数选定
本设计在选定热力参数时参考了《900MW压水堆核电厂系统和设备》中的参数。
一回路冷却剂的参数选择
设计时压水堆核电厂主回路系统的工作压力为15.6MPa，对应的饱和温度为345.3℃。
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，所以反应堆出口冷却剂的欠饱和度选为18℃。
二回路工质的参数选择
二回路系统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。
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，为了提高核电厂经济性，二回路蒸汽参数选为6.5MPa。
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。
凝结水的温度选为35℃，忽略了凝结水的过冷度，则冷凝器的运行压力等于凝结水温度对应的饱和压力。
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）要比用于加热的新蒸汽温度要低19℃，既261.9℃，这样保证具有适当的传热温差。
计算中取再热蒸汽在第一、二级再热器中的焓升、流动压降相等。
给水回热参数的选择
多级回热分配采用了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内给水的焓升相等。
每一级加热器的给水焓升为62.24kj/kg。
热力计算方法与步骤
在进行机组原则性热力系统计算中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。
计算步骤如下面的流程图
根据流程图而写出的计算式
1）给水泵的有效功率
kw
其中：
y为给水量，kg/s
为给水泵的扬程，Mpa
为给水的密度，kg/m3
2）给水泵的实际功率
其中：
为汽轮给水泵的泵效率
为汽轮给水泵的机械效率
为减速器效率
3）给水泵的耗气量
其中：
为新蒸汽比焓
为高压缸排汽比焓
4）新蒸汽产量
其中：
为蒸汽发生器排污率
5）蒸汽发生器排污量
6）冷凝器凝水流量
7）低给水加热器抽气量
为第i低压给水加热器的抽汽量
为每级加热器的平均焓升
为加热器效率
为第i级加热器抽汽比焓
为第i级加热器疏水比焓
8）低压缸的中的焓降
其中：
为低压缸进口蒸汽焓值kJ/kg
为低压缸排汽焓值kJ/kg
9）低压缸发电功率
其中：
为汽轮机组机械效率
为发电机效率
10）高压缸理论发电功率
11）汽水分离再热器加热蒸汽量
其中：
为加热蒸汽的量，kg/s
为再热器中的平均焓升，kJ/kg
为加热蒸汽的焓值，kJ/kg
为加热蒸汽的疏水焓值，kJ/kg
12）高压给水加热器的抽汽量
为第i高压给水加热器的抽汽量
13）高压缸排到除氧器的流量
其中：
为第一级再热器被加热蒸汽进口蒸汽干度
为高压缸排汽干度
14）高压缸的出口排汽量
15）高压缸中的焓降
其中：
为高压缸进口蒸汽焓值
16）高压缸的发电功率
17）除氧器出口焓值
你热力计算数据
已知条件和给定参数
序号
项目
符号
单位
数值
1
核电厂输出电功率
Ne
MW
1000
2
一回路能量利用系数
η1
0.995
3
蒸汽发生器排污率
ξd
1.05%
4
汽轮机组机械效率
ηm
0.95
5
发电机效率
ηge
0.99
6
新蒸汽压损
Δpfh
MPa
5%
7
再热蒸汽压损
Δprh
MPa
6%
8
回热抽汽压损
Δpe,j
MPa
4%
9
低压缸排汽压损
Δpcd
kPa
5%
10
高压给水加热器出口端差
θh,u
℃
3
11
低压给水加热器出口端差
θl,u
℃
2
12
加热器效率
ηh
0.98
13
给水泵效率
ηfwp,p
0.58
14
给水泵汽轮机内效率
ηfwp,ti
0.79
15
给水泵汽轮机机械效率
ηfwp,tm
0.90
16
给水泵汽轮机减速器效率
ηfwp,tg
0.98
17
循环冷却水进口温度
Tsw,1
℃
24
18
循环冷却水温升
ΔTsw
℃
7
19
冷凝器传热端差
δT
℃
4
主要热力参数选定
序号
项目
符号
单位
计算公式或来源
数值
1
反应堆冷却剂系统运行压力
Pc
MPa
选定
15.6
2
反应堆冷却剂的饱和温度
Tc,s
℃
查水和水蒸汽表确定
345.3
3
反应堆出口冷却剂过冷度
ΔTsub
℃
选定，15~20
18
4
反应堆出口冷却剂温度
Tco
℃
Tco=Tc,s−ΔTsub
327.3
5
反应堆进出口冷却剂温升
ΔTc
℃
选定
35
6
反应堆进口冷却剂温度
Tci
℃
Tci=Tco−ΔTc
292.3
7
二回路蒸汽压力
Ps
MPa
选定
6.5
8
蒸汽发生器出口新蒸汽温度
Tfh
℃
ps对应的饱和温度
280.9
9
蒸汽发生器出口新蒸汽干度
xfh
%
选定
99.75
10
循环冷却水温升
ΔTsw
℃
选定
7
11
冷凝器传热端差
δT
℃
选定
4
12
冷凝器凝结水饱和温度
Tcd
℃
Tcd=Tsw,1+ΔTsw+δT
35
13
冷凝器的运行压力
Pcd
kPa
Tcd对应的饱和压力
5.63
14
高压缸进口蒸汽压力
Ph,i
MPa
新蒸汽压损5%
6.17
15
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
99.35
16
高压缸内效率
ηh,i
选定
0.79
17
高压缸排汽压力
ph,z
MPa
根据最佳分缸比选定
0.74
18
高压缸排汽干度
xh,z
%
由内效率等计算
86.05
19
汽水分离器进口蒸汽压力
psp,i
MPa
等于高压缸排气压力
0.74
20
汽水分离器进口蒸汽干度
xsp,i
%
等于高压缸排气干度
86.05
21
第一级再热器进口蒸汽压力
prh1,i
MPa
考虑4%的压损
0.71
22
第一级再热器进口蒸汽干度
xrh1,i
%
选定
99.5
23
第二级再热器进口蒸汽压力
prh2,i
MPa
考虑2%的压损
0.696
24
第二级再热器进口蒸汽温度
Trh2,i
℃
平均焓升计算
208.64
25
第二级再热器出口蒸汽压力
prh2,z
MPa
考虑压损为2%
0.682
26
第二级再热器出口蒸汽温度
Trh2,z
℃
平均焓升计算
261.9
27
低压缸进口蒸汽压力
pl,i
MPa
考虑压损0.002Mpa
0.68
28
低压缸进口蒸汽温度
Tl,i
℃
根据热再热蒸汽焓值计算
261.5
29
低压缸内效率
ηl,i
选定
0.89
30
低压缸排汽压力
pl,z
MPa
冷凝器压力与排汽压损之和
0.00593
31
低压缸排汽干度
xl,z
%
根据低压缸内效率等计算
89.04
32
回热级数
Z
选定
6
33
低压给水加热器级数
ZL
选定
4
34
高压给水加热器级数
ZH
选定
2
35
给水回热分配
Δhfw
kJ/kg
92.24
36
低压加热器给水参数
第1级回热器参数
第1级进口给水压力
MPa
凝水泵出口压力，因为凝水泵对凝水做功加压
0.45
第1级进口给水比焓
hlfwi,1
kJ/kg
hlfwi,1=hlfwo,0
146.64
第1级出口给水比焓
hlfwo,1
kJ/kg
hlfwo,1=hlfwi,1+Δhfw
238.88
第1级进口给水温度
Tlfwi,1
℃
按（pcwp,hlfwi,1）查水蒸汽表
35
第1级出口给水温度
Tlfwo,1
℃
按（pcwp,hlfwo,1）查水蒸汽表
56.98
第1级汽侧疏水温度
℃
出口给水温度与出口端差之和
58.98
第1级汽侧疏水比焓
kJ/kg
查水蒸汽表
246.89
第1级汽侧压力
MPa
查水蒸气表
0.01902
第2级回热器参数
第2级进口给水压力
MPa
考虑均匀压降
0.445
第2级进口给水比焓
hlfwi,2
kJ/kg
hlfwi,2=hlfwo,1
238.88
第2级出口给水比焓
hlfwo,2
kJ/kg
hlfwo,2=hlfwi,2+Δhfw
331.12
第2级进口给水温度
Tlfwi,2
℃
按（pcwp,hlfwi,2）查水蒸汽表
56.98
第2级出口给水温度
Tlfwo,2
℃
按（pcwp,hlfwo,2）查水蒸汽表
79.01
第2级汽侧疏水温度
℃
出口给水温度与出口端差之和
81.01
第2级汽侧疏水比焓
kJ/kg
查水蒸汽表
339.19
第2级汽侧压力
MPa
查水蒸汽表
0.04939
第3极回热器参数
第3级进口给水压力
MPa
考虑均匀压降
0.44
第3级进口给水比焓
hlfwi,3
kJ/kg
hlfwi,3=hlfwo,2
331.12
第3级出口给水比焓
hlfwo,3
kJ/kg
hlfwo,3=hlfwi,3+Δhfw
423.36
第3级进口给水温度
Tlfwi,3
℃
按（pcwp,hlfwi,3）查水蒸汽表
79.01
第3级出口给水温度
Tlfwo,3
℃
按（pcwp,hlfwo,3）查水蒸汽表
100.95
第3级汽侧疏水温度
℃
出口给水温度与出口端差之和
102.95
第3级汽侧疏水比焓
kJ/kg
查水蒸汽表
431.55
第3级汽侧压力
MPa
查水蒸汽表
0.11257
第4级回热器参数
第4级进口给水压力
MPa
考虑均匀压降
0.435
第4级进口给水比焓
hlfwi,4
kJ/kg
hlfwi,4=hlfwo,3
423.36
第4级出口给水比焓
hlfwo,4
kJ/kg
hlfwo,4=hlfwi,4+Δhfw
515.6
第4级进口给水温度
Tlfwi,4
℃
按（pcwp,hlfwi,4）查水蒸汽表
100.95
第4级出口给水温度
Tlfwo,4
℃
按（pcwp,hlfwo,4）查水蒸汽表
122.75
第4级汽侧疏水温度
℃
出口给水温度与出口端差之和
124.75
第4级汽侧疏水比焓
kJ/kg
查水蒸汽表
524
第4级汽侧压力
MPa
查水蒸汽表
0.23044
37
除氧器进口给水比焓
hdea,i
kJ/kg
515.6
38
除氧器出口给水比焓
hdea
kJ/kg
hdea=hdea,i+Δhfw
607.84
39
除氧器出口给水温度
Tdea
℃
hdea对应的饱和水温度
144.34
40
除氧器运行压力
pdea
MPa
Tdea对应的饱和压力
0.4081
41
高压加热器给水参数
第6级
第6级进口给水压力
MPa
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
kJ/kg
hhfwi,6=hhfwo,5
607.84
第6级出口给水比焓
hhfwo,6
kJ/kg
hhfwo,6=hhfwi,6+Δhfw
700.08
第6级进口给水温度
Thfwi,6
℃
按（pcwp,hhfwi,6）查水蒸汽表
144.34
第6级出口给水温度
Thfwo,7
℃
按（pcwp,hhfwo,1）查水蒸汽表
164.87
第6级汽侧疏水温度
℃
出口给水温度与出口端差之和
167.87
第6级汽侧疏水比焓
kJ/kg
查水蒸汽表
709.88
第6级汽侧压力
MPa
查水蒸汽表
0.7521
第7级
第7级进口给水压力
MPa
考虑压降
6.55
第7级进口给水比焓
hhfwi,7
kJ/kg
hhfwi,7=hhfwo,6
700.08
第7级出口给水比焓
hhfwo,7
kJ/kg
hhfwo,7=hhfwi,7+Δhfw
792.32
第7级进口给水温度
Thfwi,7
℃
按（pcwp,hhfwi,7）查水蒸汽表
164.87
第7级出口给水温度
Thfwo,7
℃
按（pcwp,hhfwo,7）查水蒸汽表
186
第7级汽侧疏水温度
℃
出口给水温度与出口端差之和
189
第7级汽侧疏水比焓
kJ/kg
查水蒸汽表
803.11
第7级汽侧压力
MPa
查水蒸汽表
1.2277
42
低压缸抽汽参数
第1级
第1级抽汽压力
ples,1
MPa
汽侧压力与压损之和
0.01981
第1级抽汽干度
xles,1
%
根据内效率计算
92.32
第1级抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2427.49
第2级
第2级抽汽压力
ples,2
MPa
汽侧压力与压损之和
0.05144
第2级抽汽干度
xles,2
%
根据内效率计算
95.80
第2级抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2496.02
第3级
第3级抽汽压力
ples,3
MPa
汽侧压力与压损之和
0.11726
第3级抽汽干度
xles,3
%
根据内效率计算
99.32
第3级抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2666.77
第4级
第4级抽汽压力
ples,4
MPa
汽侧压力与压损之和
0.24004
第4级抽汽干度
xles,4
%
根据内效率计算
100
第4级抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2778.58
43
高压缸抽汽
第6级
第6级抽汽压力
phes,6
MPa
汽侧压力与压损之和
0.78344
第6级抽汽干度
xhes,6
%
根据内效率计算
86.21
第6级抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2484.45
第7级
第7级抽汽压力
phes,7
MPa
汽侧压力与压损之和
1.27890
第7级抽汽干度
xhes,7
%
根据内效率计算
87.96
第7级抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2548.26
44
再热器抽汽参数
第1级
来自高压缸的抽汽压力
MPa
选定
2.5
抽汽干度
%
根据内效率计算
91.18
抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2639.77
疏水比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
962
第2级
来自新蒸汽的抽汽压力
MPa
考虑压损后的压力
6.11
抽汽温度
℃
查询水蒸汽表
276.8
抽汽干度
%
选定
99.4
抽汽比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
2783.35
疏水比焓
kJ/kg
查询水蒸汽表
1219.9
45
再热器中的平均焓升
kJ/kg
选定
113.3
热平衡计算结果表格
序号
项目
符号
单位
计算结果
1
核电厂效率
%
31.19
2
反应堆功率
MW
3
蒸汽发生器总蒸汽产量
Kg/s
4
汽轮机高压缸耗汽量
Kg/s
5
汽轮机低压缸耗汽量
Kg/s
1050
6
第一级再热器耗汽量
Kg/s
72.2848
7
第二级再热器耗汽量
Kg/s
77.5703
8
除氧器耗汽量
Kg/s
33.9644
9
给水泵汽轮机的耗汽量
Kg/s
71.4793
10
给水泵的给水量
Kg/s
1622
11
给水泵扬程
MPa
6.192
12
高压缸抽汽量
第1级高压给水再热器抽汽量
Kg/s
68.
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