压水堆核电厂二回路热力系统初步设计 - 图文

压水堆核电厂二回路热力系统初步

设计报告

姓名：杨乐

班级：20091515 学号：2009151501

联系方式：18945101390和

HEUyangle@163.com

摘要

在对《核动力装置与设备》，《核电站运行》课程学习之后，在此基础上对压水堆核电厂二回路热力系统进行拟定与热平衡计算，并通过编写C语言程序来对结果进行迭代计算，最终得出满足要求的结果，并制作一张热力系统图。

设计内容及要求

本课程设计的主要任务，是根据设计的要求，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。

本课程设计的主要内容包括：

（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） 根据计算原始资料，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。

热力系统原则方案说明

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郎肯循环，其典型热力系统组成如后面的附图。

1， 汽轮机组：

压水堆核电厂汽轮机由一个高压缸、2—3个低压缸组成，高、低压缸之间需要设置外置式汽水分离器。高压缸发出整个机组功率的40%-50%，低压缸发出整个机组功率的50%-60%。 2， 蒸汽再热系统：

高、低压缸之间的汽水分离再热器对高压缸排汽进行除湿和加热，使进入低压缸的蒸汽达到过热状态。

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抽气加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽加热。分离器的疏水排入除氧器，第一、二级再热器疏水分别排放到高压给水加热器。 3， 给水回热系统：

高压给水加热器采用主汽轮机高压缸抽气进行加热，除氧器采用高压缸排汽进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低压缸抽气进行加热。高压给水加热器的疏水采用回流的方式最终送入除氧器；低压给水加热器的疏水回流至冷凝器或者给水管道。 考虑经济性和可靠性，小型机组回热级数一般取为1-3级，大型机组为7-9级。 除氧器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排汽加热到除氧器运行压力下的饱和温度，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。 大型核电机组一般采用汽动给水泵，因此给水泵需要消耗蒸汽。

热平衡计算书

1,整理原始资料：

资料整理这部分见后面的表格，相关参数的确定也有详细说明。 2，核蒸汽供应系统热功率计算：

已知核电厂输出功率为Ne，Ne=1000MW=1000000kW，假设电厂效率为ηe,NPP(在C语言程序中该效率用eff表示)，则反应堆热功率为：Qr=Ne/ηe,NPP。蒸汽发生器的蒸

,,

汽产量为：Ds=Qrη1/【(hfh-hs)+(1+ξd)(hs-hfw)】，其中： η1为一回路能量利用系数，给定为0.994；

hfh为蒸汽发生器出口新蒸汽比焓，利用其出口温度280.8℃（饱和蒸汽），干度99.75%，算得该值为2775.68kJ/kg； ,

hs为蒸汽发生器运行压力（15.5MPa）下的饱和水焓，1630.72； hfw为蒸汽发生器给水比焓（7.3MPa，226℃），972.67； ξd为蒸汽发生器排污率，取为1.05% 另外，Gfw=Ds×（1+1.05%）。

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

给水流量Gcd:

第j级给水加热器所需的抽汽量为：

低压抽汽 Ｇles，j＝Ｇcd×?hfw /(hes,j-hew,j)ηh,j 高压抽汽 Ghes，j=Gfw×?hfw/(hes,j-hew,j)ηh,j

需要说明的是，在C语言程序中，Ｇles，j和Ghes，j分别用去掉逗号的下标表示为Glesj和Ｇhesj（下同）；

?hfw为给水回热分配每一级的焓降，后面表格中会对该值进行说明其 值为117.11kJ/kg；

hes,j和hew,j分别为第j级给水加热器加热蒸汽（即抽汽）和疏水的比焓，抽汽焓可通过抽汽压力Phes和Ples以及各级的抽汽干度确定（压力和干度都在后面的表格中），疏水比焓是抽汽压力对应下的饱和水焓，也可以得到； ηh，j是第j级给水加热器的热效率，取为0.98。

（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

分离再热器以及除氧器的耗汽量:

低压缸耗汽量Gs，lp，根据能量平衡，有：

Gs,lp=【Nl+Gles,4×(hes,4-2351.16)+Gles,3×(hes,3-2351.16)+ Gles,2×(hes,2-2351.16)+ Gles,1×(hes,1-2351.16)】/(2984.95-2351.16)

该式中，Nl是低压缸内功率，Nl=55%Ne/ηmηge=55%×1000000/(0.99×0.985)=564014kW，55%是低压缸所占功率份额，ηm和ηge分别是汽轮机组机械效率和发电机效率；

2351.16是低压缸出口比焓，2984.95是低压缸入口比焓，根据表格中选定的低压缸出、入口参数可以确定其比焓；

汽水分离再热器：第二级再热器用新蒸汽加热，其耗汽量 Gs,rh2=Gs,lp×(2984.08-2875.43)/(2775.68-708.58)

式中，2984.08和2875.43分别是第二级再热器出口和入口比焓，可以通过表格中第二级再热器出口和入口参数确定比焓，2775.68是蒸汽发生器

出口新蒸汽比焓，可通过其出口参数确定，708.58是第二级再热器的疏水比焓，疏水为饱和水，出口压力为0.747MPa，故可得到该值； 第一级再热器用高压缸抽汽加热，其耗汽量为 Gs,rh1=Gs,lp×(2875.43-2766.78)/(2638.66-712.80)

同第二级一样，式中，2875.43是第一级再热器出口（即第二级入口）比焓，2766.78是第一级再热器入口比焓，可通过其入口参数确定，2638.66即高压给水加热器第一级的比焓，及hes,6，712.80为第一级出口（即第二级入口）压力下的饱和水焓，该压力为0.7648MPa，故可查到该值； 分离器疏水G0=Gs,lp×（1-Xsp,i）/Xsp,i，其中Xsp,i是汽水分离器进口蒸汽干度，取为85.8%.

高压缸耗汽量Gs，hp，根据能量平衡，有：

Gs,hp=【Nh+Ghes,7×(hes,7-2475.32)+Gs,rh1×(2766.78-2475.32)+Ghes,6×(hes,6-2475.32)】/(2771.97-2475.32)

与低压缸一样，Nh是高压缸内功率，Nh=45%Ne/ηmηge=45%×1000000/(0.99×0.985)=461466kW，45%是高压缸所占功率份额； 2475.32是高压缸出口比焓，2766.78是第一级再热器入口比焓，2771.97是高压缸入口比焓，这些数值都可以通过表格中的相关参数确定。

除氧器：利用高压缸排汽进行加热，其耗汽量

Gs,dea=【Gfw×hdea-(Ghes,7+Ghes,6+Gs,rh1+Gs,rh2)×755.54-Gcd×hdea,i-G0×716.35】/2475.32

其中，hdea和hdea,i分别是除氧器出口和入口给水比焓，为738.43和621.32，755.54是高压给水加热器第一级疏水比焓，716.35是分离器出口饱和水比焓（压力为0.7825，对应饱和水焓可得到），2475.32是高压缸出口比焓。

（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：

给水泵有效输出功率Nfwp=Gfw×g×Hfwp×0.01kW

g=9.8N/kg，Hfwp=750m，则其耗汽量Gs,fwp=Nfwp/ηfwp,pηfwp,tiηfwp,tmηfwp,tgHa， ηfwp,p—— 汽轮给水泵组的泵效率，取0.58；

ηfwp,ti，ηfwp,tm，ηfwp,tg——分别给水泵组汽轮机的内效率、机械效率和减速器效率，分别取0.85，0.90和0.98；

Ha为高压缸进出口焓降，为296.64kJ/kg。

（4）确定对应的新蒸汽耗量Gs，进一步求出对应的给水量Gfw，由Gfw和各级加

热器的疏水量，求出Gcd2，Gcd2=Gfw-（Gs,dea+G0+Ghes,6+Gs,rh2）

（5）比较Gcd与Gcd2，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Ds2=Gs,fwp+Gs,rh2+Gs,hp 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：

,,

Qr2=Ds2×【(hfh-hs)+(1+0.0105)×(hs-hfw)】/η1

等式中各参数的意义及取值与第2点相同，在此不再重复。 进而可以计算出核电厂效率为：

η

e,NPP2

=Ne/Qr2=1000000/Qr2

5,计算精度判断:将计算得到的核电厂效率ηe,NPP2与初始假设的ηe,NPP比较,若绝对误差小于0.1%,即完成计算,否则以ηe,NPP2为初始值，返回步骤2进行迭代计算。

数据表格

由于表格1中的数据在计算过程和表格2中已经体现出来，故不单独列出，只列出表格2和3。

表2主要热力参数确定

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 序号 反应堆冷却剂系统运行压力 反应堆冷却剂的饱和温度 反应堆出口冷却剂过冷度 反应堆出口冷却剂温度 反应堆进出口冷却剂温升 反应堆进口冷却剂温度 二回路蒸汽压力 蒸汽发生器出口新蒸汽温度 蒸汽发生器出口新蒸汽干度 循环冷却水温升 冷凝器传热端差 冷凝器凝结水饱和温度 冷凝器的运行压力 高压缸进口蒸汽压力 高压缸进口蒸汽干度 高压缸内效率 高压缸排汽压力 高压缸排汽干度 汽水分离器进口蒸汽压力 汽水分离器进口蒸汽干度 第一级再热器进口蒸汽压力 第一级再热器进口蒸汽干度 第二级再热器进口蒸汽压力 第二级再热器进口蒸汽温度 第二级再热器出口蒸汽压力 第二级再热器出口蒸汽温度 低压缸进口蒸汽压力 低压缸进口蒸汽温度 低压缸内效率 低压缸排汽压力 低压缸排汽干度 回热级数 序号 pc Tc,s ?Tsub Tco ?Tc Tci ps Tfh xfh ?Tsw ?T Tcd pcd ph,i xh,i ?h,i ph,z xh,z psp,i xsp,i prh1,i xrh1,i prh2,i Trh2,i prh2,z Trh2,z pl,i Tl,i ?l,i pl,z xl,z Z 序号 MPa ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ MPa ℃ % ℃ ℃ ℃ kPa MPa % MPa % MPa % MPa % MPa ℃ MPa ℃ MPa ℃ MPa % 序号 数值 选定，15~16 15.5 查水和水蒸汽表确定 344.8 选定，15~20 17.8 Tco = Tc,s ? ?Tsub 327 选定，30~40 37 Tci = Tco ? ?Tc 290 选定，6~7 6.5 ps 对应的饱和温度 280.8 给定 99.75 选定，6~8 7 选定，3~10 5 Tcd = Tsw,1 + ?Tsw + ?T 36 Tcd 对应的饱和压力 5.94 选定 6.2 选定 99.3 选定 选定 0.78 选定 85.8 选定 6.4 选定 85.8 选定 0.7825 选定 99.97 选定 0.7648 选定 215.33 选定 0.747 选定 264.8 选定 0.74 选定 265.1 选定 选定 0.0075 选定 90.7 选定 7

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