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1、杨伟:压水堆核电厂二回路热力系统课程设计1设计目的和要求本课程设计是学生在学习核电站系统及运行课程后的一次综合训练，是实践教学的一个重要环节。通过课程设计使学生进一步巩固、加深所学的理论知识并有所扩展；学习并掌握压水堆核电厂二回路热力系统拟定与热平衡计算的方法和基本步骤；锻炼提高运算、制图和计算机应用等基本技能；增强工程概念，培养学生对工程技术问题的严肃、认真和负责态度。通过课程设计应达到以下要求：（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）
2、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。2任务和内容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）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。3热力系统原则方案确定方法3.1 热力系统原则方案电站原则性热力系统表明能量转换
3、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，其典型的热力系统组成如图1所示。图1 典型压水堆核电厂二回路热力系统原理流程图3.1.1 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，汽轮机由一个高压缸、23个低压缸组成，高压缸、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%。最佳分缸压力=（0.10.15）蒸汽初压。3.1.2 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
4、-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。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。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。3.1.3 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，其中高压、低压给水加热器普遍采用表面式换热器，除氧器为混合式加热器。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
5、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可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可以全部采用逐级回流的方式，最终送入冷凝器，也可以部分采用疏水汇流方式，将疏入送入给水管道。给水回热系统的三个基本参数是给水回热级数、给水温度以及各级中的焓升分配。其中，给水回热级数的确定可参考图2。图2 回热系数对电站热效率的影响选择给水回热级数时，应考虑到每增加一级加热器就要增加设备投资费用，所增加的费用应该能够从核电厂热经济性提高的收益中得到补偿；同时，还要尽量避免热力系统过于复杂，以保证核电厂运行的可靠性。因此，小型机组的回热级数一般取为13级，
6、大型机组的回热级数一般取为79级(选取7级)。压水堆核电厂中普遍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，能够很好地适应机组变负荷运行，可以利用蒸汽发生器的新蒸汽、汽轮机高压缸的抽汽或者汽水分离再热器出口的热再热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主冷凝器。3.2 主要热力参数选定压水堆核电厂一、二回路工质的运行参数
7、之间存在着相互制约关系，如图3所示。图3 典型压水堆核电厂一、二回路工质温度之间的制约关系3.2.1 一回路冷却剂的参数选择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152
8、0。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
9、，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
10、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
11、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；Z 给水回热级数。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
12、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
13、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
14、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， 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
15、，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
16、， 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
17、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0.980.99取0.987新蒸汽压损
18、pfhMPapfh=（3%7%）pfh取5%8再热蒸汽压损prhMPaprh 10%prh取6%9回热抽汽压损pe, jMPape, j =（35%）pe取4%10低压缸排汽压损pcdkPa5%11高压给水加热器出口端差 h,u312低压给水加热器出口端差 l,u213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
19、.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P cMPa选定，151615.52反应堆冷却剂的饱和温度T c,s查水和水蒸汽表确定344.793反应堆出口冷却剂过冷度T sub选定，152017.794反应堆出口冷却剂温度T coT co =T c,
20、s T sub3275反应堆进出口冷却剂温升T c选定，3040376反应堆进口冷却剂温度T ciT ci =T co T c2907二回路蒸汽压力P sMPa选定676.58蒸汽发生器出口新蒸汽温度T fhps 对应的饱和温度280.869蒸汽发生器出口新蒸汽干度x fh%给定99.7510循环冷却水温升T sw选定68711冷凝器传热端差T选定310512冷凝器凝结水饱和温度T cdT cd =Tsw,1 + Tsw +T3613冷凝器的运行压力P cdkPaTcd对应的饱和压力5.94714高压缸进口蒸汽压力P h,iMPa新蒸汽压损5%6.17515高压缸进口蒸汽干度x h,i%散热导
21、致焓值下降，造成干度下降99.5116高压缸内效率 h,i选定0.7917高压缸排汽压力p h,zMPa根据最佳分缸比选定0.741(分缸比0.12)18高压缸排汽干度x h,z%由内效率等计算86.1519汽水分离器进口蒸汽压力p sp,iMPa等于高压缸排气压力0.74120汽水分离器进口蒸汽干度x sp,i%等于高压缸排气干度86.1521第一级再热器进口蒸汽压力p rh1,iMPa考虑4%的压损0.71122第一级再热器进口蒸汽干度x rh1,i%选定99.523第二级再热器进口蒸汽压力p rh2,iMPa考虑2%的压损0.69724第二级再热器进口蒸汽温度T rh2,i平均焓升计算2
22、14.311525第二级再热器出口蒸汽压力p rh2,zMPa考虑压损为2%0.68326第二级再热器出口蒸汽温度T rh2,z平均焓升计算265.8588527低压缸进口蒸汽压力p l,iMPa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,i选定0.8930低压缸排汽压力p l,zMPa冷凝器压力与排汽压损之和0.0059331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Z选定633低压给水加热器级数Z L选定434高压给水加热器级数Z H选定235给水回热分配h fwkJ/kg99.4
23、636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0.5第1 级进口给水比焓h lfwi, 1kJ/kgh lfwi, 1 = h lfwo, 0146.6448第1 级出口给水比焓h lfwo, 1kJ/kgh 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35第1级出口给水温度T lfwo, 1按(p cwp, h lfwo, 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kJ/kg查水蒸汽表254.06第
24、1级汽侧压力MPa查水蒸气表0.02058第2级回热器参数第2级进口给水压力MPa考虑均匀压降0.49第2 级进口给水比焓h lfwi,2kJ/kgh lfwi,2= h lfwo, 1246.1048第2 级出口给水比焓h lfwo, 2kJ/kgh 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58.71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级汽侧疏水温度出口给水温度与出口端差之和84.45第2级汽侧疏水比焓kJ/kg查水蒸汽表353
25、.61第2级汽侧压力MPa查水蒸汽表0.05657第3极回热器参数第3级进口给水压力MPa考虑均匀压降0.48第3 级进口给水比焓h lfwi, 3kJ/kgh lfwi, 3 = h lfwo, 2346.56第3级出口给水比焓h lfwo,3kJ/kgh 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82.45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级汽侧疏水温度出口给水温度与出口端差之和108.09第3级汽侧疏水比焓kJ/kg查水蒸汽
26、表453.235第3级汽侧压力MPa查水蒸汽表0.13431第4级回热器参数第4级进口给水压力MPa考虑均匀压降0.47第4 级进口给水比焓h lfwi,4kJ/kgh lfwi, 4= h lfwo, 3445.02第4 级出口给水比焓h lfwo, 4kJ/kgh 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106.09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级汽侧疏水温度出口给水温度与出口端差之和131.54第4级汽侧疏水比焓kJ/
27、kg查水蒸汽表552.88第4级汽侧压力MPa查水蒸汽表0.2828237除氧器进口给水比焓h dea,ikJ/kg544.4838除氧器出口给水比焓h deakJ/kgh dea= h dea,i+h fw643.9439除氧器出口给水温度T deah dea 对应的饱和水温度148.7340除氧器运行压力p deaMPaT 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h hfwi,6kJ/kgh hfwi, 6 = h hfwo, 5643.94第6 级出口给水比焓h hfwo, 6kJ
28、/kgh 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级汽侧疏水温度出口给水温度与出口端差之和177.821第6级汽侧疏水比焓kJ/kg查水蒸汽表753.57第6级汽侧压力MPa查水蒸汽表0,9534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h hfwi,7kJ/kgh hfwi,7= h hfwo, 6743.40第7 级出口给水比焓h hfwo, 7kJ
29、/kgh hfwo, 7= h hfwi, 7+h fw842.86第7级进口给水温度T hfwi, 7按(p cwp ,h hfwi, 7)查水蒸汽表174.821第7级出口给水温度Thfwo, 7按(p cwp, h hfwo, 7)查水蒸汽表197.40第7级汽侧疏水温度出口给水温度与出口端差之和200.40第7级汽侧疏水比焓kJ/kg查水蒸汽表854.18第7级汽侧压力MPa查水蒸汽表1.567942低压缸抽汽参数第1 级第1 级抽汽压力p les, 1MPa汽侧压力与压损之和0.0214第1级抽汽干度x les, 1%根据内效率计算90.02第1级抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表237
30、7.41第2级第2 级抽汽压力p les,2MPa汽侧压力与压损之和0.05892第2 级抽汽干度x les, 2%根据内效率计算94.49第2级抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表2525.49第3级第3级抽汽压力p les, 3MPa汽侧压力与压损之和0.1399第3 级抽汽干度x les, 3%根据内效率计算98.92第3级抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表2666.18第4级第4级抽汽压力p les,4MPa汽侧压力与压损之和0.2946第4级抽汽干度x les, 4%根据内效率计算过热第4级抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表2803.09643高压缸抽汽第6级第6级抽汽压力p hes,6MPa汽侧
31、压力与压损之和0.99354第6级抽汽干度x hes, 6%根据内效率计算83.76第6级抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表2448.787第7级第7级抽汽压力p hes, 7MPa汽侧压力与压损之和1.63323第7 级抽汽干度x hes, 7%根据内效率计算86.5第7级抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表2531.8944再热器抽汽参数第1级来自高压缸的抽汽压力MPa选定3.12抽汽干度%根据内效率计算89.46抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表2614.86疏水比焓kJ/kg查询水蒸汽表1018.9756第2级来自新蒸汽的抽汽压力MPa考虑压损后的压力6.11(压损取6%)抽汽温度查询水蒸汽表276
32、.7744抽汽干度%选定99.4抽汽比焓kJ/kg查询水蒸汽表2783.348疏水比焓kJ/kg查询水蒸汽表1219.877345再热器中的平均焓升kJ/kg选定117.66、Matlab程序运行及其结果6.1根据上述表格中的部分参数，整理和求出以下参数值：项目数值给水密度(Kg/m3)918.19发电功率（KW）1000MW给水泵效率 fwp,p0.58排污率1.05%给水泵汽轮机内效率 fwp,ti0.8一回路能量利用系数0.994给水泵汽轮机机械效率 fwp,tm0.9低压缸内效率0.89给水泵汽轮机减速器效率 fwp,tg0.98汽轮机组机械效率0.98蒸汽发生器出口新蒸汽比焓（kj/
33、kg）2774.9846发电机效率0.98蒸汽发生器给水比焓（kj/kg）842.86加热器效率 h0.98蒸汽发生器运行压力下的饱和水焓(KJ/kg)1241.17给水泵扬程(MPa)6.7高压缸排气干度0.8615第一级再热器的干度0.995高压缸出口焓(KJ/kg)2480.12高压缸进口蒸汽焓(KJ/kg)2774.9782低压缸进口焓(KJ/kg)2988.3463低压缸出口焓(KJ/kg)2296.4958汽水分离再热器第一级抽气焓(KJ/kg)2614.86汽水分离再热器第一级疏水焓(KJ/kg)1018.9756汽水分离再热器第二级抽气焓(KJ/kg)2783.348汽水分离再
34、热器第二级疏水焓(KJ/kg)1219.8773分离器分离水比焓(KJ/kg)707.227高低压加热器中的平均焓升99.46再热器中的平均焓升(KJ/kg)117.66.2根据以上得出的参数，用Matlab编程迭代计算，如下：运行结果如下：5.4 热平衡计算结果序号项目符号单位计算结果1核电厂效率%32.692反应堆功率MW3.0593e+063蒸汽发生器总蒸汽产量Kg/s1.5705e+034汽轮机高压缸耗汽量Kg/s1.4172e+035汽轮机低压缸耗汽量Kg/s9986第一级再热器耗汽量Kg/s74.96787第二级再热器耗汽量Kg/s76.52218除氧器耗汽量Kg/s37.4036
35、9给水泵汽轮机的耗汽量Kg/s76.771510给水泵的给水量Kg/s158711给水泵扬程MPa6.700012高压缸抽汽量第1级高压给水再热器抽汽量Kg/s74.0247第1级高压给水再热器抽汽量Kg/s79.322613低压缸抽汽量第1级低压给水再热器抽汽量Kg/s45.3856第2级低压给水再热器抽汽量Kg/s46.4992第3级低压给水再热器抽汽量Kg/s47.7873第4级低压给水再热器抽汽量Kg/s49.17336热力系统图绘出压水堆核电二回路系统图7结果分析与结论结果分析：热平衡计算结果的表格可以看出，核电厂效率e,NPP偏低，其他数据都比较符合事实。从热平衡计算书（即整个计算
36、过程）可以看出，有一些因素对效率会产生影响，以下是具体分析。影响效率的困素主要有以下几点：1） 设计中所选初参数较低，导致新蒸汽温度低，因而使得热力循环的效率较低，最终影响核电厂效率。2） 计算书中各个管道的压损（主要包括新蒸汽压损、再热蒸汽压损、回热抽汽压损等）是自己在一定范围内选择，可能与实际情况有所差距，而且为了简化计算是，蒸汽在管道中的流动是近似假设为其焓值不变，在汽轮机做功时假设其熵值近似为定值。这对计算结果会有一定的影响，但是影响不大。另外，在求解高压、低压给水加热器各级抽汽时并没有考虑各级疏水回流，这导致本用来加热给水的热量被去掉，从而使得抽汽量的计算结果偏大，耗汽量增加，从而使
37、得效率偏低，也就是有用的热量被人为地排除掉，从而使能量利用率降低，即效率减小，这是导致核电厂效率e,NPP比真实效率偏低的最主要原因，通过此分析也可以判断出各级抽汽量比真实值大。若采用逐级自流的方式，则会由于疏水加热的影响而使压力较低级的抽汽减少，因而增大了凝汽量，产生一个附加的冷源损失，进一步使效率降低。所以在不考虑疏水加热的情况下则应采用疏水冷却器的方式对上级疏水进行冷却后再与下级疏水汇合最终流入凝汽器或除氧器。下面将对整个二回路系统的设计结果进行具体的分析。为了设计方便，采用一个高压缸、三个低压缸组成的冲动式汽轮机组，由于使用低参数的饱和蒸汽，蒸汽流量较大，为平衡一部分轴向推力，高低压缸
38、均采用对置分流的形式。这样可提高汽轮机组的内效率，减少寿命损耗。另外，高低压缸的排汽湿度达到了百分之十几，可看出汽轮机运行时的湿度较大，因此在实际运行中要确保汽轮机的疏水正常，以防止湿汽对叶片的腐蚀和甩负荷时的超速现象。由于本次设计只涉及热平衡的计算，所以不再具体的分析。典型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。本次设计中采用一级汽水分离，两级再热器的组成形式。两级再热器的加热蒸汽分别是高压缸抽汽和新蒸汽。设计所取的热再热蒸汽与加热的新蒸汽温度低10摄氏度。因而第二级再
39、热器的出口蒸汽温度较高，所以平均焓升较大，导致用汽量也较大，具体数值已在表中示出。给水回热系统是提高电厂效率的重要措施。回热级数的增加可提高热效率，但其是收敛的，到一定程度时会因为抽汽管道等设备的增加使成本增加，反而会降低经济性，本次设计中的给水回热系统由四级低压加热、两级高压加热和一级除氧器组成，并采用表面式加热器等比焓升法以提高效率。结论：本次设计的最终计算结果都在上述各表中表示出，基本上都符合实际情况。因此总体上来说设计比较成功。实际中为了提高核电厂的经济性和汽轮机组的安全性，还需考虑更多方面的优化，如初参数提高、疏水系统的改善、凝汽器最佳真空的设计等。由于个人所学知识有限，就不再作过多的论述。通过本次设计，让我对核电厂二回路系统有了更深刻的理解，对蒸汽的整个热力过程有了更清晰的认识，对我以后的学习有着重要的促进作用。参考资料1 彭敏俊核动力装置热力分析哈尔滨：哈尔滨工程大学，20032 广东核电培训中心900MW压水堆核电厂系统与设备北京：原子能出版社，20003 薛汉俊核能动力装置北京：原子能出版社，19924 叶涛热力发电厂北京：中国电力出版社，20045 黄新元热力发电厂课程设计北京：中国电力出版社，200426