压水堆核电厂二回路热力系统课程教学设计Word文件下载.docx

1、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1516MPa（15.5），对应的饱和温度为342347。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1520。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

2、（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67MPa，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Tsw 以及冷凝器端差t 的限制。除了对热经济性影响之外，蒸汽

3、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+T sw+t 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；T sw循环冷却水温升，一般为612；t冷凝器传热端差，一般为310。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1020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

4、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内给水的焓升相等，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内效率达到最大值。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内

5、的焓升。实际每一级给水焓升为：式中， h fw 给水比焓，kJ/kg；h cd 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）u ，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）d ，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

6、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0.10.2MPa），低压给水加热器水侧压力取为凝水泵出口压力（一般取为0.40.5MPa），取压力在每级换

7、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e,NPP，则反应堆热功率为蒸汽发生器的蒸汽产量为式中，1 回路能量利用系数；h fh 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；h fw 蒸汽发生器给水比焓，kJ/kg；d 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

8、j级给水加热器所需的抽汽量为式中， G fw,j 第j级给水加热器的给水流量，kg/s；T fwi,j， T fwo,j第j级给水加热器进口、出口给水温度，；h es,j ， hew, j 第j级给水加热器加热蒸汽、疏水的比焓，kJ/kg；h, 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 级抽汽的汽轮机的内功率为式中， h 0 , h z 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；G t,s 汽轮机

9、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， G fw 给水泵的质量流量，kg/s；H fwp 给水泵的扬程，MPa。fw 给水的密度。给水泵汽轮机的理论功率为式中，fwp,p 汽轮给水泵组的泵效率；fwp,ti ,fwp,tm ,fwp,tg 分别给水泵组汽轮机的内效率、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

10、）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

11、、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范围或数值1核电厂输出电功率NeMW10002一回路能量利用系数0.991.0取0.9943蒸汽发生器排污率1.05%4汽轮机组相对内效率0.780.90高压缸取0.79，低压缸取0.895汽轮机组机械效率0.980.99取0.986发电机效率7新蒸汽压损pfhMPapfh=（3%7%）pfh取5%8再热蒸汽压损prhprh 10%prh取6%9回热抽汽压损pe, jpe, j =（35%）pe取4%10低压缸排汽压损p

12、cdkPa5%11高压给水加热器出口端差 h,u12低压给水加热器出口端差 l,u13加热器效率 h0.970.99取0.9814给水泵效率 fwp,p0.5815给水泵汽轮机内效率 fwp,ti0.780.9取0.816给水泵汽轮机机械效率 fwp,tm0.9017给水泵汽轮机减速器效率 fwp,tg0.9818循环冷却水进口温度T sw,12419循环冷却水温升T sw68取720冷凝器传热端差T310取45.2 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.

13、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P c选定，151615.5反应堆冷却剂的饱和温度T c,s查水和水蒸汽表确定344.79反应堆出口冷却剂过冷度T sub选定，152017.79反应堆出口冷却剂温度T coT co =T c,s T sub327反应堆进出口冷却剂温升T c选定，304037反应堆进口冷却剂温度T ciT ci =T co T c290二回路蒸汽压力P s选定676.5蒸汽发生器出口新蒸汽温度T fhps 对应的饱和温度

14、280.86蒸汽发生器出口新蒸汽干度x fh%给定99.75选定68选定310冷凝器凝结水饱和温度T cdT cd =Tsw,1 + Tsw +T36冷凝器的运行压力P cdTcd对应的饱和压力5.947高压缸进口蒸汽压力P h,i新蒸汽压损5%6.175高压缸进口蒸汽干度x h,i散热导致焓值下降，造成干度下降99.51高压缸内效率 h,i选定0.79高压缸排汽压力p h,z根据最佳分缸比选定0.741（分缸比0.12）高压缸排汽干度x h,z由内效率等计算86.15汽水分离器进口蒸汽压力p sp,i等于高压缸排气压力0.741汽水分离器进口蒸汽干度x sp,i等于高压缸排气干度21第一级再

15、热器进口蒸汽压力p rh1,i考虑4%的压损0.71122第一级再热器进口蒸汽干度x rh1,i99.523第二级再热器进口蒸汽压力p rh2,i考虑2%的压损0.697第二级再热器进口蒸汽温度T rh2,i平均焓升计算214.311525第二级再热器出口蒸汽压力p rh2,z考虑压损为2%0.68326第二级再热器出口蒸汽温度T rh2,z265.8588527低压缸进口蒸汽压力p l,i考虑压损0.002Mpa0.68128低压缸进口蒸汽温度T l,i根据热再热蒸汽焓值计算265.828829低压缸内效率 l,i0.8930低压缸排汽压力p l,z冷凝器压力与排汽压损之和0.0059331

16、低压缸排汽干度x l,z根据低压缸内效率等计算88.8332回热级数Z33低压给水加热器级数Z L34高压给水加热器级数Z H35给水回热分配h fwkJ/kg99.46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h lfwi, 1h lfwi, 1 = h lfwo, 0146.6448第1 级出口给水比焓h lfwo, 1h lfwo, 1= h lfwi, 1+h fw246.1048第1 级进口给水温度T lfwi,1按（p cwp ,h lfwi, 1）查水蒸汽表第1级出口给水温度T lfwo, 1按（p cwp, h lfwo

17、, 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h lfwi,2h lfwi,2= h lfwo, 1第2 级出口给水比焓h lfwo, 2h lfwo, 2= h lfwi, 2+h fw345.56第2级进口给水温度T lfwi, 2按（p cwp ,h lfwi, 2）查水蒸汽表第2 级出口给水温度T lfwo, 2按（p cwp, h lfwo, 2）查水蒸汽表82.45第2级汽侧疏水温度84.45第2

18、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h lfwi, 3h lfwi, 3 = h lfwo, 2346.56第3级出口给水比焓h lfwo,3h lfwo,3= h lfwi, 3+h fw445.02第3级进口给水温度T lfwi, 3按（p cwp ,h lfwi, 3）查水蒸汽表第3 级出口给水温度T lfwo, 3按（p cwp, h lfwo, 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

19、 级进口给水比焓h lfwi,4h lfwi, 4= h lfwo, 3第4 级出口给水比焓h lfwo, 4h lfwo,4= h lfwi, 4+h fw544.48第4 级进口给水温度T lfwi, 4按（p cwp ,h lfwi, 4）查水蒸汽表第4级出口给水温度T lfwo, 4按（p cwp, h lfwo, 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h dea,i38除氧器出口给水比焓h deah dea= h dea,i+h fw643.9439除氧器出口给水温度T deah dea 对

20、应的饱和水温度148.7340除氧器运行压力p deaT dea 对应的饱和压力0.460141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h hfwi,6h hfwi, 6 = h hfwo, 5第6 级出口给水比焓h hfwo, 6h hfwo, 6= h hfwi, 6+h fw743.40第6 级进口给水温度T hfwi,6按（p cwp ,h hfwi, 6）查水蒸汽表151.837第6级出口给水温度T hfwo, 7按（p cwp, h hfwo, 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.