壓水堆核電廠二回路系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)

1、壓水堆核電廠二回路系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)一、摘要 本次課程設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)習(xí)核動(dòng)力裝置與設(shè)備等課程后的一次綜合訓(xùn)練，在課程設(shè)計(jì)中我們應(yīng)用所學(xué)的基本專業(yè)知識(shí)并在此基礎(chǔ)上對(duì)核電廠二回路系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中，我們對(duì)系統(tǒng)各參數(shù)在設(shè)備中的關(guān)系及相關(guān)制約因素加深了理解，提高了運(yùn)算、制圖和編程的能力，同時(shí)培養(yǎng)了對(duì)工程問(wèn)題的嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（一）通過(guò)課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到以下要求：（1）了解、學(xué)習(xí)核電廠熱力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的一般途徑和方案論證、優(yōu)選的原則；（2）掌握核電廠原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算和核電廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算的內(nèi)容和方法；（3）提高計(jì)算機(jī)繪圖、制表、數(shù)據(jù)處理的能力；（4）培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、合理選擇

2、和分析數(shù)據(jù)的能力，掌握工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)的基本原則。（二）本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：（1）確定二回路熱力系統(tǒng)的形式和配置方式；（2）根據(jù)總體需求和熱工約束條件確定熱力系統(tǒng)的主要熱工參數(shù)；（3）依據(jù)計(jì)算原始資料，進(jìn)行原則性熱力系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算，確定計(jì)算負(fù)荷工況下各部分汽水流量及其參數(shù)、發(fā)電量、供熱量及全廠性的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；（4）編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制原則性熱力系統(tǒng)圖。三、熱力系統(tǒng)原則方案說(shuō)明典型的壓水堆核電站的二回路配置方式由基本的汽輪機(jī)組、用于提高功率和效率的汽水分離再熱系統(tǒng)和回?zé)嵯到y(tǒng)組成。（一）汽輪機(jī)組汽輪機(jī)由一個(gè)高壓缸、3個(gè)低壓缸組成，高壓缸、低壓缸之間需要設(shè)置外置式汽水分離再熱器。（二）

3、蒸汽汽水分離再熱系統(tǒng)汽水分離-再熱器設(shè)置在主汽輪機(jī)的高、低壓缸之間，汽水分離-再熱器由一級(jí)分離器、兩級(jí)再熱器組成，第一級(jí)再熱器使用高壓缸的抽汽加熱，第二級(jí)再熱器使用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽加熱。分離器的疏水排放到除氧器，第一級(jí)、第二級(jí)再熱器的疏水分別排放到高壓給水加熱器（回?zé)崞鞯牡诹?jí)和第七級(jí)）。高壓缸排汽經(jīng)過(guò)除濕和加熱，進(jìn)入低壓缸后達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)。（三）給水回?zé)嵯到y(tǒng)給水回?zé)嵯到y(tǒng)由回?zé)峒訜崞?、回?zé)岢槠艿馈⒛o水管道、疏水管道等組成?；?zé)峒訜崞靼凑掌橘|(zhì)傳熱方式不同分為混合式加熱器和表面式加熱器，其中高壓、低壓給水加熱器普遍采用表面式換熱器，除氧器為混合式加熱器。本次設(shè)計(jì)中，回?zé)嵯到y(tǒng)由四級(jí)低壓回?zé)崞?/p>

4、、一級(jí)除氧器和兩級(jí)高壓回?zé)崞鹘M成。作為第六級(jí)回?zé)岬母邏航o水加熱器采用主汽輪機(jī)高壓缸的抽汽進(jìn)行加熱，作為第七級(jí)回?zé)岬母邏航o水加熱器采用新蒸汽進(jìn)行加熱；除氧器采用高壓缸的排汽進(jìn)行加熱，低壓給水加熱器采用主汽輪機(jī)低壓缸的抽汽進(jìn)行加熱。本次設(shè)計(jì)中的核電機(jī)組二回路中的給水泵采用汽動(dòng)給水泵，利用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽，給水泵汽輪機(jī)排出的廢汽被送到主冷凝器，其蒸汽進(jìn)出口參數(shù)同高壓缸蒸汽的進(jìn)出口參數(shù)。表一 已知條件和給定參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位取值范圍或數(shù)值1核電廠輸出電功率MW給定，10002一回路能量利用系數(shù)0.993蒸汽發(fā)生器排污率1.05%4汽輪機(jī)組相對(duì)內(nèi)效率0.85汽輪機(jī)組機(jī)械效率0.986發(fā)電機(jī)效率0.9

5、97新蒸汽壓損MPa3%8再熱蒸汽壓損MPa=8%9回?zé)岢槠麎簱pMPape, j = (4%) pe, j10低壓缸排汽壓損kPa5%11高壓給水加熱器出口端差312低壓給水加熱器出口端差213加熱器效率0.9814給水泵效率0.5815給水泵汽輪機(jī)內(nèi)效率0.8516給水泵汽輪機(jī)機(jī)械效率0.9017給水泵汽輪機(jī)減速器效率0.9818循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度2419循環(huán)冷卻水溫升720冷凝器傳熱端差7表二：主要熱力參數(shù)確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值1反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)運(yùn)行壓力MPa選定，1516162反應(yīng)堆冷卻劑的飽和溫度查水和水蒸汽表確定3473反應(yīng)堆出口冷卻劑過(guò)冷度選定，1520184反應(yīng)堆

6、出口冷卻劑溫度3295反應(yīng)堆進(jìn)出口冷卻劑溫升選定，3040356反應(yīng)堆進(jìn)口冷卻劑溫度2947二回路蒸汽壓力MPa選定，6778蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽溫度對(duì)應(yīng)的飽和溫度285.839蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽干度%給定99.7510循環(huán)冷卻水溫升選定，68711冷凝器傳熱端差選定，310712冷凝器凝結(jié)水飽和溫度3813冷凝器的運(yùn)行壓力kPa對(duì)應(yīng)的飽和壓力6.6314高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力MPa由壓損求得6.7915高壓缸進(jìn)口蒸汽干度%選定99.516高壓缸內(nèi)效率0.7817高壓缸排汽壓力MPa0.718高壓缸排汽干度%85.319汽水分離器進(jìn)口蒸汽壓力MPa0.720汽水分離器進(jìn)口蒸汽干度%85.321第

7、一級(jí)再熱器進(jìn)口蒸汽壓力MPa選定0.6822第一級(jí)再熱器進(jìn)口蒸汽干度%99.7223第二級(jí)再熱器進(jìn)口蒸汽壓力MPa0.652824第二級(jí)再熱器進(jìn)口蒸汽溫度選定215.7125第二級(jí)再熱器出口蒸汽壓力MPa0.6326第二級(jí)再熱器出口蒸汽溫度選定265.8327低壓缸進(jìn)口蒸汽壓力MPa06328低壓缸進(jìn)口蒸汽溫度選定265.8329低壓缸內(nèi)效率0.8830低壓缸排汽壓力MPa0.0069831低壓缸排汽干度%96.7832回?zé)峒?jí)數(shù)選定733低壓給水加熱器級(jí)數(shù)選擇434高壓給水加熱器級(jí)數(shù)選擇235給水回?zé)岱峙鋕J/kg10836低壓加熱器給水參數(shù)第j級(jí)進(jìn)口給水比焓kJ/kg159.18;267.2

8、；375.2；483.2；第j級(jí)出口給水比焓kJ/kg267.2；375.2；483.2；591.2；第j級(jí)進(jìn)口給水溫度按查水蒸汽表38；63.7；89.5；115.1第j級(jí)出口給水溫度按查水蒸汽表63.7；89.5；115.1；139.437除氧器進(jìn)口給水比焓kJ/kg591.238除氧器出口給水比焓kJ/kg699.239除氧器出口給水溫度對(duì)應(yīng)的飽和水溫度165.4240除氧器運(yùn)行壓力MPa對(duì)應(yīng)的飽和壓力0.70841高壓加熱器給水參數(shù)第i級(jí)進(jìn)口給水比焓kJ/kg699.2；807.2第i級(jí)出口給水比焓kJ/kg807.2；915.2第i級(jí)進(jìn)口給水溫度按查水蒸汽表164.58；189.3第

9、i級(jí)出口給水溫度按查水蒸汽表189.3；213.4542高壓缸抽汽（）第i級(jí)抽汽壓力MPa1.374；2.21第i級(jí)抽汽干度%0.88；0.9143低壓缸抽汽（）第j級(jí)抽汽壓力MPa0.027；0.074；0.188；0.4第j級(jí)抽汽干度%0.932；0.941；1；1各數(shù)值計(jì)算過(guò)程如下：數(shù)值14：新蒸汽壓損=3%，所以高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力=7（1-3%）=6.79數(shù)據(jù)17：取最佳分缸壓力=0.1蒸汽出壓，則=0.1*7=0.7數(shù)據(jù)18：根據(jù)數(shù)據(jù)14和15，可求得高壓缸進(jìn)口焓值,熵值,蒸汽在高壓缸中經(jīng)歷等熵過(guò)程，所以,又因?yàn)?0.7，可查得出口理想干度為0.811，=2372.35。根據(jù)=，可求

10、得=2459.32，所以=0.853。數(shù)值19=數(shù)值17；數(shù)值20=數(shù)值20。數(shù)值22：數(shù)值23：=*96%=0.6528數(shù)值28：根據(jù)汽水分離再熱器出口溫度比新蒸汽溫度低20，低壓缸進(jìn)口溫度等于汽水分離再熱器出口溫度，所以=285.83-20=265.83。數(shù)值26=數(shù)值28數(shù)值31：低壓缸出口參數(shù)計(jì)算方法與高壓缸相同。數(shù)值35：多級(jí)回?zé)岱峙淇梢圆捎闷啓C(jī)設(shè)計(jì)時(shí)普遍使用的平均分配法，即每一級(jí)給水加熱器內(nèi)給水的焓升相等，這種方法簡(jiǎn)單易行。每一級(jí)加熱器的給水焓升為式中，蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力對(duì)應(yīng)的飽和水比焓，kJ/kg；冷凝器出口凝結(jié)水比焓，kJ/kg；給水回?zé)峒?jí)數(shù)。最佳給水溫度可使回?zé)嵫h(huán)汽輪機(jī)絕

11、對(duì)內(nèi)效率達(dá)到最大值。采用平均分配法進(jìn)行回?zé)岱峙鋾r(shí)，其最佳給水比焓為按照蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力和最佳給水比焓查水和水蒸汽表，可以確定最佳給水溫度。實(shí)際給水溫度往往低于理論上的最佳給水溫度，通?？梢匀椋ㄟ@里選0.65）由壓力和實(shí)際給水溫度，再一次通過(guò)等焓生分配的方法確定每一級(jí)加熱器內(nèi)的焓升。實(shí)際每一級(jí)給水焓升為：給水比焓，kJ/kg；冷凝器出口凝結(jié)水比焓，kJ/kg；給水回?zé)峒?jí)數(shù)。表三 熱平衡計(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算結(jié)果1234561核電廠效率%30.0029.862反應(yīng)堆熱功率MW3.3333.3493蒸汽發(fā)生器總蒸汽產(chǎn)量kg/s1644.92008.24汽輪機(jī)高壓缸耗汽量kg/s1376.7

12、1598.21586.321304516682167555汽輪機(jī)低壓缸耗汽量kg/s949.3741629.8861359.4917.56981241.21012.36第一級(jí)再熱器耗汽量kg/s49.2172107.760461.027542.374462.085065.51597第二級(jí)再熱器耗汽量kg/s81.552369.6687113.751479.9381101.3124106.84798除氧器耗汽量kg/s69.236264.982564.495781.614377.383178.04349給水泵汽輪機(jī)耗汽量kg/s131.2461131.2401131.2401149.018315

13、6.0183156.018310給水泵給水量kg/s1662.11662.11662.12039.82039.82039.811給水泵揚(yáng)程MPa99999912高壓缸抽汽量第i級(jí)抽汽量（）kg/s63.4450;55.3256;59.4542;47.952658.9974;46.265674.6904;67.456378.1028;63.236560.7223;60.362513低壓缸抽汽量第j級(jí)抽汽量（）kg/s40.5321;40.6812;40.6987;38.866351.9310;52.9085;53.9500;52.802054.380;54.8804;53.9232;53.736

14、140.5321;40.6812;40.6193;39.886249.5534;54.0451;54.0909;52.821252.8753;56.7193;56.7670;56.444;四、熱平衡計(jì)算書(shū)1、已知核電廠的輸出電功率為，假設(shè)電廠效率為，則反應(yīng)堆熱功率為蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量為式中，一回路能量利用系數(shù)；蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽比焓，kJ/kg；蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力下的飽和水焓，kJ/kg；蒸汽發(fā)生器給水比焓，kJ/kg；蒸汽發(fā)生器排污率，通常取為新蒸汽產(chǎn)量的1.05%。2、二回路系統(tǒng)各設(shè)備耗汽量計(jì)算（1）給水回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡計(jì)算，確定汽輪機(jī)各級(jí)抽汽點(diǎn)的抽汽量及冷凝器出口凝結(jié)水流量；a)第2,

15、3級(jí)給水加熱器所需的抽汽量:式中，第j級(jí)給水加熱器的給水流量，kg/s；，第j級(jí)給水加熱器進(jìn)口、出口給水溫度，；，第j級(jí)給水加熱器加熱蒸汽、疏水的比焓，kJ/kg；第j級(jí)給水加熱器的熱效率；j 2,3。b) 對(duì)于第一級(jí)加熱器，在求出第二級(jí)抽氣量后采用能量平衡的算法求得：從而得到第一級(jí)抽氣量。c)第四級(jí)抽氣量的計(jì)算d)計(jì)算給水泵耗氣量式中，給水泵的質(zhì)量流量，kg/s； 給水泵的揚(yáng)程，MPa； 給水的密度。給水泵的理論功率為式中，汽輪給水泵組的泵效率； 分別為給水泵組汽輪機(jī)的內(nèi)效率、機(jī)械效率和減速器效率。給水泵汽輪機(jī)的耗氣量為給水泵汽輪機(jī)中蒸汽的絕熱焓降。e)低壓缸耗氣量給水泵汽輪機(jī)抽氣量f)對(duì)于

16、汽水分離器的疏水量化簡(jiǎn)，得：汽水分離器的疏水量，kg/s；低壓缸耗氣量；汽水分離器的進(jìn)口干度，汽水分離器的出口干度。g)兩級(jí)再熱器抽氣量由 得出，式中，j級(jí)再熱器抽氣量（j=1,2）； 、再熱蒸汽抽汽和疏水比焓； 、再熱器再熱蒸汽進(jìn)出口比焓。h)除氧器的抽氣量所以， 式中，除氧器抽氣量，kg/s； 、除氧器進(jìn)出口水比焓； 除氧器加熱蒸汽比焓； 汽水分離器疏水量； 汽水分離器疏水比焓。i)第二級(jí)高壓給水加熱器抽氣量所以， 式中，、第二級(jí)高壓給水加熱器進(jìn)出口水比焓； 、第二級(jí)高壓加熱蒸汽、疏水比焓； 汽水分離器一級(jí)再熱器抽氣量； 汽水分離器一級(jí)再熱器疏水比焓。j)第一級(jí)高壓給水加熱器抽氣量所以，式中，、第一級(jí)高溫給水加熱器進(jìn)出口水比焓 、第一級(jí)高溫給水加熱器加熱蒸汽、疏水比焓 (j=1,2)汽水分離器一二級(jí)再熱器抽氣量 汽水分離器第二級(jí)再熱器疏水比焓k)高壓缸耗氣量l)汽輪機(jī)總耗氣量m)新蒸汽消耗量給水量= 凝水量 總的新蒸汽消耗量3、核電廠熱效率計(jì)