压水堆核电站二回路热力系统初步设计讲解.docx
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压水堆核电站二回路热力系统初步设计讲解
哈尔滨工程大学本科生课程设计
（二）
压水堆核电厂二回路热力系统
初步设计说明书
班
学
姓
级：
号：
名：
院系名称：
核科学与技术学院
专业名称：
核工程与核技术
指导教师：
2013年6月
摘要：
该说明书介绍了一个1000MWe核电厂二回路热力系统设计及其设计过程。
该设计以大亚湾900MWe核电站为母型，设置了一个高压缸，三个低压缸，设有两级再热器的汽水分离器，四个低压给水加热器，一个除氧器，两个高压给水加热器。
一回路冷却剂系统工作压力为15.8MPa，蒸汽发生器的运行压力为6.7MPa，取分缸比为12.5，高压缸排气压力为0.7956MPa，一级再热器抽汽压力3MPa，低压缸进口过热蒸汽压力为0.7630MPa,温度为268.90℃，冷凝器的运行压力为6.632kPa，给水温度为222.79℃。
两级再热器分别由高压缸抽气及新蒸汽加热，疏水分别流入两级高压给水加热器。
高压给水加热器由高压缸抽气加热，疏水逐级回流送入除氧器，低压给水加热器由低压缸加热，疏水逐级回流送入冷凝器。
排污水经净化后排进冷凝器或除氧器，本设计采用排污水打回至除氧器方案。
各级回热器和再热器的蒸汽经合理分配，经过加热器后，蒸汽全部冷凝成疏水，整个系统电厂效率为30.94%。
设计时，假设蒸汽发生器蒸汽产量为1，根据选定的合理的参数值可求出给水泵的耗汽份额为6.61%，假设低压缸进口蒸汽份额为a，低压回热蒸汽、再热蒸汽、高压回热蒸汽、除氧器加热蒸汽份额都可以用a表示。
对除氧器列质量守恒、能量平衡方程即可求出a值，从而知道各设备的蒸汽分配。
利用各设备的蒸汽分配后可求出高压缸、低压缸比做功量，根据电功率要求可求出蒸汽发生器蒸汽产量，进而求出堆芯热功率，即可得出电厂效率。
对效率不满意时可调整合理调整各设备的运行参数，直至求出电厂效率满意为止。
1、设计内容及要求：
1.1设计内容
（1）确定二回路热力系统的形式和配置方式；
（2）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；
（3）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；
（4）编制课程设计说明书，绘制原则性热力系统图。
1.2设计要求
（1）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；
（2）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；
（3）提高计算机绘图、制表、数据处理的能力；
（4）培养查阅资料、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
2、热力系统原则方案说明
该设计设有一个高压缸，三个低压缸，两级再热，七级回热，汽动给水泵。
一回路冷却剂系统工作压力为15.8MPa，蒸汽发生器的运行压力为6.7MPa，冷凝器的运行压力为6.632kPa。
两级再热器分别由高压缸抽气及新蒸汽加热，疏水分别流入两级高压给水加热器。
高压给水加热器由高压缸抽气加热，疏水逐级回流送入除氧器，低压给水加热器由低压缸加热，疏水逐级回流送入冷凝器。
排污水打回至除氧器。
2.1汽轮机组
该核电厂汽轮机使用运行压力为6.7MPa的蒸汽发生器产生的低参数的饱和蒸汽，汽轮机由一个高压缸、3个低压缸组成，高压缸、低压缸之间设置外置式汽水分离器和两级再热器。
高压缸进口蒸汽压力为6.365MPa，高压缸内效率为82.07%，出口压力为0.7956，出口蒸汽干度为85.54%，低压缸进口过热蒸汽压力为0.7630MPa，温度为268.90℃，低压缸内效率为83.59%，排汽压力为6.964kPa，干度为90.56%。
分缸压力为0.125，高压缸发出整个机组功率的41.36%，低压缸发出整个机组功率的58.64%。
2.2蒸汽再热系统
在主汽轮机的高、低压缸之间设置汽水分离-再热器，高压缸排汽经过分离器除湿、经过两级再热器加热，使得进入低压缸的蒸汽达到过热状态，提高了低压汽轮机运行的安全性和经济性。
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（压力为3MPa，比焓为2656.98kJ/kg）加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽（压力为6.365MPa，比焓为2772.54kJ/kg）加热。
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第一、第二级高压给水加热器。
蒸汽经分离器后干度达到99.5%，经两级再热器加热后达到压力为0.7642MPa、温度为268.92℃的过热蒸汽。
2.3给水回热系统
该设计的给水回热系统设有7级回热，低压回热4级，除氧器1级、高压回热2级，高压、低压给水加热器为表面式换热器，除氧器为混合式加热器。
给水的焓升在各级回热器中平均分配，每级焓升为114.07kJ/kg。
采用新蒸汽驱动的汽动给水泵，汽动给水泵的压力为7.705MPa，给水泵汽轮机排出的废汽直接被送到主冷凝器。
高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽（抽汽压力2.6639/1.5689MPa）进行加热，除氧器采用高压缸的排汽（压力0.7946MPa，干度85.54%）进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低压缸的抽汽（抽汽压力0.4327/0.1997/0.0803/0.0272MPa）进行加热。
高压给水加热器的疏水逐级回流，最终送入除氧器；低压给水加热器的疏水逐级回流，最终送入冷凝器。
除氧器既是热力除氧设备，又是一个混合式加热器。
来自低压给水加热器的给水在除氧器中被来自汽轮机高压缸的经减压后排汽、高压给水加热器的疏水以及排污水经净化的蒸汽加热到除氧器运行压力0.78MPa下的饱和温度169.37℃，经过除氧的饱和水再由给水泵输送到高压给水加热器，被加热到222.79℃后再送入蒸汽发生器。
附表1.已知条件和给定参数
序号
项目
符号
单位
取值范围或数值
1
核电厂输出电功率
Ne
MW
给定，1000
2
一回路能量利用系数
η1
0.995
3
蒸汽发生器出口蒸汽干度
xfh
%
99.75
4
蒸汽发生器排污率
ξd
1.05%
5
高压缸内效率
ηh,i
%
82.07
6
低压缸内效率
ηl,i
%
83.59
7
汽轮机组机械效率
ηm
0.98
8
发电机效率
ηge
0.98
9
新蒸汽压损
∆pfh
MPa
∆pfh=5%pfh
10
再热蒸汽压损
∆prh
MPa
∆prh≤10%phz
11
回热抽汽压损
∆pe,j
MPa
∆pe,j=3%pe,j
12
低压缸排汽压损
∆pcd
kPa
5%
13
高压给水加热器出口端差
θh,u
℃
3
14
低压给水加热器出口端差
θl,u
℃
2
15
加热器效率
ηh
0.98
16
给水泵效率
ηfwp,p
0.58
17
给水泵汽轮机内效率
ηfwp,ti
0.80
18
给水泵汽轮机机械效率
ηfwp,tm
0.90
19
给水泵汽轮机减速器效率
ηfwp,tg
0.98
20
循环冷却水进口温度
Tsw,1
℃
24
在确定二回路热力系统原则方案和给定的参数的基础上，选定和计算出热平衡计算的主要热力参数。
选定、确定热力参数的顺序和方法见下表：
表二主要热力参数确定
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，15~16
15.8
2
冷却剂压力对应的饱和温度
Tc,s
℃
查水和水蒸汽表确定
346.378
3
反应堆出口冷却剂过冷度
∆Tsub
℃
选定，15~20
17
4
反应堆出口冷却剂温度
Tco
℃
Tco=Tc,s-∆Tsub
329.378
5
反应堆进出口冷却剂温升
∆Tc
℃
选定，30~40
37
6
反应堆进口冷却剂温度
Tci
℃
Tci=Tco-∆Tc
292.378
7
蒸汽发生器饱和蒸汽压力
ps
MPa
选定，5.0~7.0
6.7
8
蒸汽发生器饱和蒸汽温度
Tfh
℃
ps对应的饱和温度
282.920
9
一、二次侧对数平均温差
∆Tm
℃
23.25
10
冷凝器中循环冷却水温升
∆Tsw
℃
选定，6~8
7
11
冷凝器传热端差
δT
℃
选定，3~10
7
12
冷凝器凝结水饱和温度
Tcd
℃
Tcd=Tsw,1+∆Tsw+δT
38
13
冷凝器的运行压力
pcd
kPa
Tcd对应的饱和压力
6.632
14
高压缸进口蒸汽压力
ph,i
MPa
ph,i=pfh-∆pfh
6.365
15
高压缸进口蒸汽干度
xh,i
%
焓值下降，干度减小
99.49
16
高压缸排汽压力
ph,z
MPa
最佳分缸压力确定
0.7956
17
高压缸排汽干度
xh,z
%
由高压缸内效率计算
85.54
18
汽水分离器进口蒸汽压力
psp,i
MPa
忽略压损
0.7956
19
汽水分离器进口蒸汽干度
xsp,i
%
选定
85.54
第一级再热器
20
再热蒸汽进口压力
prh1,i
MPa
考虑分离器2%的压损
0.7797
21
再热蒸汽进口干度
xrh1,i
%
选定
99.5
22
加热蒸汽进口压力
prh1,hs
MPa
选定
3
23
加热蒸汽进口干度
xrh1,hs
%
选定
91.85
第二级再热器
24
再热蒸汽进口压力
prh2,i
MPa
考虑1%的压损
0.7719
25
再热蒸汽进口温度
Trh2,i
℃
根据平均焓升计算
214.75
26
再热蒸汽出口压力
prh2,z
MPa
考虑1%的压损
0.7642
27
再热蒸汽出口温度
Trh2,z
℃
根据平均焓升计算
268.92
28
加热蒸汽进口压力
prh2,hs
MPa
选定
6.365
29
加热蒸汽进口干度
xrh2,hs
%
选定
99.49
低压缸
30
进口蒸汽压力
pl,i
MPa
考虑0.0012压损
0.7630
31
进口蒸汽温度
Tl,i
℃
根据热再热蒸汽焓值
268.90
32
排汽压力
pl,z
MPa
冷凝器压力与排汽压损之和
0.006964
33
排汽干度
xl,z
%
根据低压缸内效率
90.56
34
回热级数
Z
选定
7
35
低压给水加热器级数
Zl
选择
4
36
高压给水加热器级数
Zh
选择
2
37
第一次给水回热分配
∆hfw
kJ/kg
114.07
第二次给水回热分配
38
高压加热器给水焓升
∆hfw,h
kJ/kg
120.62
39
除氧器及低加给水焓升
∆hfw,l
kJ/kg
111.45
40
低压加热器给水参数
第1级进口给水比焓
hlfwi,1
kJ/kg
hlfwi,j=hlfwo,j-1
159.18
第1级出口给水比焓
hlfwo,1
kJ/kg
hlfwo,j=hlfwi,j+∆hfw
270.63
第1级进口给水温度
Tlfwi,1
℃
按（pcwp,hlfwi,j）查水蒸汽表
37.47
第1级出口给水温度
Tlfwo,1
℃
按（pcwp,hlfwo,j）查水蒸汽表
64.16
第2级进口给水比焓
hlfwi,2
kJ/kg
hlfwi,j=hlfwo,j-1
270.63
第2级出口给水比焓
hlfwo,2
kJ/kg
hlfwo,j=hlfwi,j+∆hfw
382.08
第2级进口给水温度
Tlfwi,2
℃
按（pcwp,hlfwi,j）查水蒸汽表
64.16
第2级出口给水温度
Tlfwo,2
℃
按（pcwp,hlfwo,j）查水蒸汽表
90.77
第3级进口给水比焓
hlfwi,3
kJ/kg
hlfwi,j=hlfwo,j-1
382.08
第3级出口给水比焓
hlfwo,3
kJ/kg
hlfwo,j=hlfwi,j+∆hfw
493.53
第3级进口给水温度
Tlfwi,3
℃
按（pcwp,hlfwi,j）查水蒸汽表
90.77
第3级出口给水温度
Tlfwo,3
℃
按（pcwp,hlfwo,j）查水蒸汽表
117.20
第4级进口给水比焓
hlfwi,4
kJ/kg
hlfwi,j=hlfwo,j-1
493.53
第4级出口给水比焓
hlfwo,4
kJ/kg
hlfwo,j=hlfwi,j+∆hfw
604.98
第4级进口给水温度
Tlfwi,4
℃
按（pcwp,hlfwi,j）查水蒸汽表
117.20
第4级出口给水温度
Tlfwo,4
℃
按（pcwp,hlfwo,j）查水蒸汽表
143.36
除氧器
41
进口给水比焓
hdea,i
kJ/kg
hdea,i=hlfwo,Zl
604.98
42
出口给水比焓
hdea,o
kJ/kg
hdea,o=hdea,i+∆hfw
716.43
43
出口给水温度
Tdea
℃
hdea,o对应的饱和水温度
169.37
44
运行压力
pdea
MPa
Tdea对应的饱和压力
0.78
45
高压加热器给水参数
pfwp取7.705MPa
第6级进口给水比焓
hhfwi,i
kJ/kg
hhfwi,i=hhfwo,i-1
716.43
第6级出口给水比焓
hhfwo,i
kJ/kg
hhfwo,i=hhfwi,i+∆hfw
837.05
第6级进口给水温度
Thfwi,i
℃
按（pfwp,hhfwi,i）查水蒸汽表
168.48
第6级出口给水温度
Thfwo,i
℃
按（pfwp,hhfwo,i）查水蒸汽表
195.98
第7级进口给水比焓
hhfwi,i
kJ/kg
hhfwi,i=hhfwo,i-1
837.05
第7级出口给水比焓
hhfwo,i
kJ/kg
hhfwo,i=hhfwi,i+∆hfw
957.67
第7级进口给水温度
Thfwi,i
℃
按（pfwp,hhfwi,i）查水蒸汽表
195.98
第7级出口给水温度
Thfwo,i
℃
按（pfwp,hhfwo,i）查水蒸汽表
222.79
46
高压缸抽汽（i=1,,Zh）
第6级抽汽压力
phes,i
MPa
由Thes，6求出饱和水压力，并考虑压损3%
1.5689
第6级抽汽干度
xhes,i
%
由（phes，6，hhes，6）查水蒸汽表
88.19
第7级抽汽压力
phes,i
MPa
由Thes，7求出饱和水压力，并考虑压损3%
2.6639
第7级抽汽干度
xhes,i
%
由（phes，7，hhes，7）查水蒸汽表
91.05
47
低压缸抽汽（j=1,,Zl）
第1级抽汽压力
ples,1
MPa
由Thes，1求出饱和水压力，并考虑压损3%
0.02719
第1级抽汽干度
xles,1
%
由（phes，1，hhes，1）查水蒸汽表
94.57
第2级抽汽压力
ples,2
MPa
由Thes，2求出饱和水压力，并考虑压损3%
0.08031
第2级抽汽干度
xles,2
%
由（phes，2，hhes，2）查水蒸汽表
98.41
第3级抽汽压力
ples,3
MPa
由Thes，3求出饱和水压力，并考虑压损3%
0.1997
第3级抽汽干度
xles,3
%
由（phes，3，hhes，3）查水蒸汽表
过热
第4级抽汽压力
ples,4
MPa
由Thes，4求出饱和水压力，并考虑压损3%
0.4327
第4级抽汽干度
xles,4
%
由（phes，4，hhes，4）查水蒸汽表
过热
3、热平衡计算
利用表二给定的参数进行热平衡计算。
设蒸汽发生器的蒸汽产量为1，低压缸进口的蒸汽份额为a，冷凝器凝水份额为b，高压缸排汽流入除氧器的份额为c，流经给水泵、高压给水加热器的给水量也为1.0105。
3.1汽动给水泵耗汽份额gs,fwp
汽动给水泵做功使给水压力增加，新蒸汽进口焓hfh=2772.54kJ/kg,理想出口焓值h气动泵出口*=2472.01kJ/kg，给水量为1.0105，扬程H=6.925MPa，给水密度
ρ=841.33kg/m3,给水泵效率ηfwp，p=0.58，给水泵汽轮机内效率ηfwp，ti=0.8，给水泵汽轮机机械效率ηfwp，tm=0.90，给水泵汽轮机减速器效率ηfwp，tg=0.98。
gs,fwp（
-h气动泵出口*）ηfwp，pηfwp，tiηfwp，tmηfwp，tg=1000H/ρ
求得：
gs,fwp=0.0661
b=a+gs,fwp=a+0.0661
3.2再热器耗汽份额gs,rh1、gs,rh2
分离器出来的流经再热器份额为a的蒸汽被加热，使蒸汽焓值增加，在每级再热器的焓增相等，Δh再热=117.6kJ/kg，第一级再热器是抽高压缸抽汽，P=3MPa，hzes，1=2656.98kJ/kg，疏水为该压力下对应的饱和水，
h再热疏水，1=1008.37kJ/kg，二级再热蒸汽为新蒸汽，hzes，2=2772.54kJ/kg，
h再热疏水，2=1233.88kJ/kg，加热器的效率ηh=0.98。
由能量平衡可列方程：
第一级再热：
gs,rh1（hzes，1-h再热疏水,1）ηh=aΔh再热
求得：
gs,rh1=0.0728a
第二级再热：
gs,rh2（hzes，2-h再热疏水,2）ηh=aΔh再热
求得：
gs,rh2=0.078a
3.3高压给水加热器耗汽份额ghes,1、ghes,2
流经两级高压给水加热器的给水量为1.0105，每流经一级加热器给水的焓增相等，Δh回热=120.62kJ/kg，高压给水加热器的蒸汽从高压缸抽汽，份额为ghes,1、ghes,2，第一级高压再热器抽汽焓值h抽汽，1=2563.52kJ/kg，疏水焓值h疏水，1=854.36kJ/kg，第二级高压再热器抽汽焓值h抽汽，2=2639.41kJ/kg，疏水焓值h疏水，2=977.84kJ/kg，加热器的效率ηh=0.98。
由能量平衡可列方程：
第二级高压加热：
ghes,2（h抽汽,2-h疏水,2）ηh+gs,rh2（h再热疏水，2-h疏水,2）ηh=Δh回热
求得：
ghes,2=0.0741-0.01202a
第一级高压加热：
ghes,1（h抽汽,1-h疏水,1）ηh+gs,rh1（h再热疏水，1-h疏水,1）ηh+（gs,rh2+ghes,2）（h疏水，2-h疏水,1）ηh=Δh回热
求得：
ghes,1=0.06666-0.01133a
3.4分离器分离的饱和水份额gs,dea
高压缸排出的蒸汽，一部分（份额为c）直接排到除氧器，加热除氧器的给水，其余部分经过分离器，干度由85.54%升到99.5%，分离的饱和水gs,dea排到除氧器，分离的蒸汽a经再热器加热流入低压缸做功。
由质量守恒：
（a+gs,dea）*85.54%=a*99.5%
求得：
gs,dea=0.1632a
3.5除氧器热力计算
流进除氧器的工质有：
再热、回热疏水gs,rh1+gs,rh2+ghes,1+ghes,2，分离器疏水gs,dea、给水b（=a+gs,fwp），高压缸排汽c，流出除氧器的工质是份额为1.0105的饱和给水，h给水=716.43kJ/kg。
除氧器为混合换热器，换热效率为100%。
进出稳压器的各股工质的流量和焓值将下表：
流量L
焓值h（kJ/kg）
疏水gs,rh1+gs,rh2+ghes,1+ghes,2
0.1408+0.1275a
854.36
高压缸排汽c
c
2472.01
流进给水b（=a+gs,fwp）
a+0.0661
604.98
分离器疏水gs,dea
0.1632a
720.02
排污净化
0.0105
1233.88
流出除氧器给水
1．0105
716.43
由流入流出流量相等：
ΣL流入=（0.1408+0.1275a）+c+（a+0.0661）+0.1632a+0.0105=1.0105
由能量平衡:
Σ（L流入h流入）
=854.36*（0.1408+0.1275a）+2472.01*c+604.98*（a+0.0661）+720.02*0.1632a+1233.88*0.0105
=716.43*1．0105=723.95
由以上两个方程解得：
a=0.5976
c=0.02179
由a=0.5976可得
b=a+gs,fwp=a+0.0661=0.6637
gs,rh1=0.0728a=0.04351
gs,rh2=0.0780a=0.04661
ghes,1=0.06666-0.01133a=0.05989
ghes,2=0.0741-0.01202a=0.06692
gs,dea=0.1632a=0.09753
3.6低压给水加热器耗汽份额gles,1、gles,2、gles,3、gles,4
流经各低压给水加热器的给水量为b，每流经一级加热器给水的焓增相等，Δhfw=111.45kJ/kg，低压给水加热器的蒸汽份额为gles,i（i=1、2、3、4），抽汽焓值h抽汽为汽轮机抽汽压力下对应的湿蒸汽的焓值，疏水焓值h疏水为给水加热器蒸汽侧温度对应饱和水的焓值，具体值见下表，加热器的效率ηh=0.98。
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