壓水堆核電站二回路課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書

1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)初步設(shè)計(jì) 班 級： 20131514 學(xué) 號： 2013151417 姓 名： 汪功慶 指導(dǎo)教師：谷海峰核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2016 年 6 月目 錄1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.12熱力系統(tǒng)原則方案確定.1 2.1總體要求和已知條件.2 2.2熱力系統(tǒng)原則方案.3 2.3主要熱力參數(shù)選擇.63熱力系統(tǒng)熱平衡計(jì)算. 10 3.1熱平衡計(jì)算方法. 10 3.2熱平衡計(jì)算模型. 104 計(jì)算結(jié)果的分析及計(jì)算中遇到的問題.165 結(jié)論.176心得體會. 18附錄.19附表1已知條件和給定參數(shù).19附表2選定的主要熱力參數(shù)匯總表.20附表3熱平衡計(jì)算結(jié)果匯總表. 25附圖1

2、原則性熱力系統(tǒng)圖.1.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，是根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，擬定壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)原則方案，并完成該方案在滿功率工況下的熱平衡計(jì)算。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)、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)說明書，繪制原則性熱力系統(tǒng)圖。本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)習(xí)核動力裝置與設(shè)備、核電廠運(yùn)行課程后的一次綜合訓(xùn)練，是實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生進(jìn)一步鞏固、加深所學(xué)的理論

3、知識并有所擴(kuò)展；學(xué)習(xí)并掌握壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)擬定與熱平衡計(jì)算的方法和基本步驟；鍛煉提高運(yùn)算、制圖和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等基本技能；增強(qiáng)工程概念，培養(yǎng)學(xué)生對工程技術(shù)問題的嚴(yán)肅、認(rèn)真和負(fù)責(zé)態(tài)度。通過課程設(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、合理選擇和分析數(shù)據(jù)的能力，掌握工程設(shè)計(jì)說明書撰寫的基本原則。2.熱力系統(tǒng)原則方案確定2.1總體要求和已知條件壓水堆核電廠采用立式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器，采用給水回?zé)嵫h(huán)、蒸汽

4、再熱循環(huán)的熱力循環(huán)方式，額定電功率為1000MW。汽輪機(jī)分為高壓缸和低壓缸，高壓缸、低壓缸之間設(shè)置外置式汽水分離再熱器。給水回?zé)嵯到y(tǒng)的回?zé)峒墧?shù)為7級，包括四級低壓給水加熱器、一級除氧器和兩級高壓給水加熱器。第1級至第4級低壓給水加熱器的加熱蒸汽來自低壓缸的抽汽，除氧器使用高壓缸的排汽加熱，第6級和第7級高壓給水加熱器的加熱蒸汽來自高壓缸的抽汽。各級加熱器的疏水采用逐級回流的方式，即第7級加熱器的疏水排到第6級加熱器，第6級加熱器的疏水排到除氧器，第4級加熱器的疏水排到第3級加熱器，依此類推，第1級加熱器的疏水排到冷凝器熱井。汽水分離再熱器包括中間分離器、第一級蒸汽再熱器和第二級蒸汽再熱器，中間

5、分離器的疏水排放到除氧器；第一級再熱器使用高壓缸的抽汽加熱，疏水排放到第6級高壓給水加熱器；第二級再熱器使用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽加熱，疏水排放到第7級高壓給水加熱器。主給水泵采用汽輪機(jī)驅(qū)動，使用來自主蒸汽管道的新蒸汽，汽輪機(jī)的乏汽直接排入主汽輪發(fā)電機(jī)組的冷凝器，即給水泵汽輪機(jī)與主發(fā)電汽輪機(jī)共用冷凝器。凝水泵和循環(huán)冷卻水泵均使用三相交流電機(jī)驅(qū)動，正常運(yùn)行時(shí)由廠用電系統(tǒng)供電。2.2熱力系統(tǒng)原則方案壓水堆核電廠二回路系統(tǒng)的主要功能是將蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的蒸汽送往汽輪機(jī)，驅(qū)動汽輪機(jī)運(yùn)行，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將汽輪機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)輸出的電能。電站原則性熱力系統(tǒng)表明能量轉(zhuǎn)

6、換與利用的基本過程，反映了發(fā)電廠動力循環(huán)中工質(zhì)的基本流程、能量轉(zhuǎn)換與利用過程的完善程度。為了提高熱經(jīng)濟(jì)性，壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)普遍采用包含再熱循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)的飽和蒸汽朗肯循環(huán)。壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)原理流程圖請參見附圖。（1）汽輪機(jī)組壓水堆核電廠汽輪機(jī)一般使用低參數(shù)的飽和蒸汽，汽輪機(jī)由一個(gè)高壓缸、3個(gè)低壓缸組成，高壓缸、低壓缸之間設(shè)置外置式汽水分離再熱器。單位質(zhì)量流量的蒸汽在高壓缸內(nèi)的絕熱焓降約占整個(gè)機(jī)組絕熱焓降的40%，最佳分缸壓力（即高壓缸排汽壓力）約為高壓缸進(jìn)汽壓力的12%-14%。（2）蒸汽再熱系統(tǒng)壓水堆核電廠通常在主汽輪機(jī)的高、低壓缸之間設(shè)置汽水分離-再熱器，對高壓缸排汽進(jìn)

7、行除濕和加熱，使得進(jìn)入低壓缸的蒸汽達(dá)到過熱狀態(tài)，從而提高低壓汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。汽水分離-再熱器由一級分離器、兩級再熱器組成，第一級再熱器使用高壓缸的抽汽加熱，第二級再熱器使用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽加熱。中間分離器的疏水排放到除氧器，第一級、第二級再熱器的疏水分別排放到不同的高壓給水加熱器。（3）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。回?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。圖1 表面式換熱器的端差高壓給水加熱器采用主汽輪機(jī)高壓缸的抽汽進(jìn)行加熱，除氧器采用高

8、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。高壓給水加熱器的疏水可采用逐級回流的方式，最終送入除氧器；低壓給水加熱器的疏水可以全部采用逐級回流的方式，最終送入冷凝器，也可以部分采用疏水匯流方式，將疏入送入給水管道。給水回?zé)嵯到y(tǒng)的三個(gè)基本參數(shù)是給水回?zé)峒墧?shù)、給水溫度以及各級中的焓升分配。其中，給水回?zé)峒墧?shù)的確定可參考圖1。圖2 回?zé)峒墧?shù)對電站熱效率的影響選擇給水回?zé)峒墧?shù)時(shí)，應(yīng)考慮到每增加一級加熱器就要增加設(shè)備投資費(fèi)用，所增加的費(fèi)用應(yīng)該能夠從核電廠熱經(jīng)濟(jì)性提高的收益中得到補(bǔ)償；同時(shí)，還要盡量避免熱力系統(tǒng)過于復(fù)雜，以保證核電廠運(yùn)行的可靠性。因此，小型機(jī)組的回?zé)峒墧?shù)一般取為1-

9、3級，大型機(jī)組的回?zé)峒墧?shù)一般取為7-9級。壓水堆核電廠中普遍使用熱力除氧器對給水進(jìn)行除氧，從其運(yùn)行原理來看，除氧器就是一個(gè)混合式加熱器。來自低壓給水加熱器的給水在除氧器中被來自汽輪機(jī)高壓缸的排汽加熱到除氧器運(yùn)行壓力下的飽和溫度，除過氧的飽和水再由給水泵輸送到高壓給水加熱器，被加熱到規(guī)定的給水溫度后再送入蒸汽發(fā)生器。大型核電機(jī)組一般采用汽動給水泵，能夠很好地適應(yīng)機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行，可以利用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽、汽輪機(jī)高壓缸的抽汽或者汽水分離再熱器出口的熱再熱蒸汽驅(qū)動給水泵汽輪機(jī)，因而具有較好的經(jīng)濟(jì)性。給水泵汽輪機(jī)排出的乏汽被直接排送到主汽輪發(fā)電機(jī)組的冷凝器。2.3主要熱力參數(shù)選擇壓水堆核電廠一、二回路

10、工質(zhì)的運(yùn)行參數(shù)之間存在著相互制約關(guān)系。圖3 典型壓水堆核電廠一、二回路工質(zhì)溫度之間的制約關(guān)系2.3.1一回路冷卻劑的參數(shù)選擇從提高核電廠熱效率的角度來看，提高一回路主系統(tǒng)中冷卻劑的工作壓力是有利的。但是，工作壓力提高后，相應(yīng)各主要設(shè)備的承壓要求、材料和加工制造等技術(shù)難度都增加了，反過來影響到核電廠的經(jīng)濟(jì)性。綜合考慮，典型壓水堆核電廠主回路系統(tǒng)的工作壓力一般為15-16MPa，對應(yīng)的飽和溫度為342-347。為了確保壓水堆的安全，反應(yīng)堆在運(yùn)行過程中必須滿足熱工安全準(zhǔn)則，其中之一是堆芯不能發(fā)生水力不穩(wěn)定性，一般要求反應(yīng)堆出口冷卻劑的欠飽和度應(yīng)至少大于10，為保險(xiǎn)起見，可取欠飽和度大于15-20。反

11、應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的運(yùn)行壓力Pc =15MPa，冷卻劑壓力對應(yīng)的飽和溫度為Tcs=342.16，選定反應(yīng)堆出口冷卻劑的過冷度T sub=16，反應(yīng)堆出口冷卻劑溫度Tco =T c,s T sub=342.1616=326.16選定反應(yīng)堆進(jìn)出口冷卻劑的溫升為Tc=29.71,則反應(yīng)堆進(jìn)口冷卻劑的溫度： Tci =T co T c=326.16-29.71=291.162.3.2二回路工質(zhì)的參數(shù)選擇 二回路系統(tǒng)需要確定的參數(shù)包括蒸汽發(fā)生器出口蒸汽的溫度與壓力（蒸汽初參數(shù)）、冷凝器運(yùn)行壓力（蒸汽終參數(shù)）、蒸汽再熱溫度、給水溫度和焓升分配等。2.3.2.1蒸汽初參數(shù)的選擇壓水堆核電廠的二回路系統(tǒng)一般采用飽

12、和蒸汽，蒸汽初溫與蒸汽初壓為一一對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)朗肯循環(huán)的基本原理，在其它條件相同的情況下，提高蒸汽初溫可以提高循環(huán)熱效率，目前二回路蒸汽參數(shù)已經(jīng)提高到5.0-7.0 MPa，對于提高核電廠經(jīng)濟(jì)性起到了重要作用，但是受一次側(cè)參數(shù)的嚴(yán)格制約，二回路蒸汽初參數(shù)不會再有大幅度的提高。蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行壓力為Ps=6.0MPa，通過查水及水蒸汽表可知，對應(yīng)的蒸汽發(fā)生器飽和蒸汽溫度為Ts=277.73，對應(yīng)的飽和水比焓、飽和蒸汽比焓分別為hs=1224.86kJ/kg,新蒸汽的干度xs=0.9975，則可由新蒸汽干度xs與蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力Ps查水及水蒸氣表得新蒸汽比焓為hs=2778.44kJ/kg，一、

13、二次側(cè)對數(shù)平均溫差為：對數(shù)平均溫差在20-33范圍內(nèi)，符合要求。2.3.2.2蒸汽終參數(shù)的選擇 在熱力循環(huán)及蒸汽初參數(shù)確定的情況下，降低汽輪機(jī)組排汽壓力有利于提高循環(huán)熱效率。但是，降低蒸汽終參數(shù)受到循環(huán)冷卻水溫度Tsw，1、循環(huán)冷卻水溫升Tsw以及冷凝器端差T的限制。除了對熱經(jīng)濟(jì)性影響之外，蒸汽終參數(shù)對汽輪機(jī)低壓缸末級葉片長度、排汽口尺寸均有重要影響，因此，需要綜合考慮多方面因素選擇蒸汽終參數(shù)。循環(huán)冷卻水的進(jìn)口溫度Tsw,1=24，冷凝器中循環(huán)冷卻水溫升Tsw=7，冷凝器傳熱端差T =6，則冷凝器凝結(jié)水飽和溫度：Tcd =Tsw,1 + Tsw +T=24+7+6=37對應(yīng)的冷凝器運(yùn)行壓力Pc

14、d=6.28kPa，冷凝器運(yùn)行壓力對應(yīng)的飽和水比焓hcd=155.0kJ/kg，熵值Scd=0.5321kJ/(kg)。（忽略凝結(jié)水的過冷度，則冷凝器的運(yùn)行壓力等于凝結(jié)水溫度對應(yīng)的飽和壓力，在額定工況下冷凝器壓力一般為4.27.5 kPa。符合要求。）2.3.2.4蒸汽中間再熱參數(shù)的選擇蒸汽再熱循環(huán)的最佳再熱壓力取決于蒸汽初終參數(shù)、中間再熱前后的汽輪機(jī)內(nèi)效率、中間再熱后的溫度與中間再熱加熱蒸汽的壓力和給水回?zé)峒訜釡囟鹊取８邏焊椎呐牌M(jìn)入汽水分離器，經(jīng)過分離器除濕后，再依次進(jìn)入第一級再熱器和第二級再熱器加熱，在汽水分離器再熱器中的總壓降為高壓缸排汽壓力的3%左右。經(jīng)過兩級再熱器加熱后的蒸汽溫度接

15、近新蒸汽溫度，一般情況下，第二級蒸汽再熱器出口的熱再熱蒸汽（過熱蒸汽）比用于加熱的新蒸汽溫度要低13-15左右。為便于計(jì)算，假設(shè)再熱蒸汽在第一級再熱器和第二級再熱器中的焓升相同。蒸汽再熱壓力的選擇應(yīng)該使高、低壓缸排汽的濕度控制在14%之內(nèi)，可據(jù)此選擇中間分離器的進(jìn)口壓力（相當(dāng)于高壓缸排汽壓力）。（1） 高壓缸參數(shù)高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力為：Ph,i=PfhPfh=0.95Pfh=5.7MPa上式中，新蒸汽壓損為5%。由蒸汽發(fā)生器出口到高壓缸進(jìn)口蒸汽比焓不變，可由新蒸汽比焓hfh與高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力Ph,i查水及水蒸氣表得高壓缸進(jìn)口蒸汽干度xh,i=0.9955。由高壓缸進(jìn)口壓力Ph,i與高壓缸進(jìn)口蒸

16、汽干度xh，i查水及水蒸汽表得高壓缸進(jìn)口蒸汽熵值Sh，i=5.9010。高壓缸的排汽壓力：ph,z=0.12×ph,i=0.12×6.0=0.684MPa由高壓缸排汽壓力Ph，z與高壓缸進(jìn)口蒸汽熵值Sh，i查水及水蒸汽表得高壓缸排汽理想比焓hh，z*=2405.99kJ/kg（ 假設(shè)工質(zhì)在高壓缸內(nèi)為等熵膨脹過程）。高壓缸的內(nèi)效率h,i=82.07%，故實(shí)際比焓為： hh，z=hfh-h，i（hfh-hfh*）=2473.15kJ/kg（由高壓缸排汽壓力Ph，z與高壓缸排汽實(shí)際比焓hh，z查水及水蒸汽表得） 高壓缸排汽干度 xh，z=0.8605。（2）汽水分離器參數(shù)汽水分離

17、器的進(jìn)口蒸汽壓力為psp,i=Ph，z=0.684MPa，汽水分離器的進(jìn)口蒸汽干度xsp,i=0.8606。（3）第一級再熱器再熱蒸汽參數(shù)第一級再熱器的進(jìn)口蒸汽壓力為： prhi,1=Psp，i-0.01Ph，z=0.627MPa（考慮汽水分離器壓損為1%1Ph，z） 第一級再熱器的進(jìn)口蒸汽干度 xrhi,1=0.997 由 prhi,1 和 xrhi,1查表得 第一級再熱器進(jìn)口蒸汽比焓 hrhi,1=2751.81kJ/kg。（4）第二級再熱器再熱蒸汽參數(shù)第二級再熱器的出口蒸汽壓力為 prhz,2=Psp，i-0.02ph,z=0.513MPa（考慮第一、二級再熱器壓損各為1%ph,z）第二

18、級再熱器出口蒸汽溫度為： Trhz,2=Tfh-15=275.59-15=257.26 （第二級再熱器出口蒸汽溫度比新蒸汽溫度低13-15，選為15。） 由Prhz,2與Trhz,2查水及水蒸氣表可得 第二級再熱器出口蒸汽比焓 hrhz,2=2975.78kJ/kg。第二級再熱器進(jìn)口蒸汽壓力為 Prhi,2=Psp,i-0.01ph,z=0.57MPa（考慮第一級再熱器壓損為1%ph,z）第二級再熱器進(jìn)口蒸汽比焓為：（考慮蒸汽在第一級再熱器和第二級再熱器中的焓升相等） hrhi,2=hrhi,1+0.5(hrhz,2-hrhi,1)=2863.80kJ/kg由Prhi,2和hrhi,2查水及水

19、蒸汽表得 第二級進(jìn)口蒸汽溫度 Trhi,2=205.32。 兩級再熱器再熱蒸汽焓升 hrh=111.80kJ/kg。（5）第一級再熱器再熱蒸汽參數(shù)在設(shè)計(jì)參考資料中，并沒有給出第一級再熱器的在高壓缸中的抽氣壓力的選擇要求，我根據(jù)查詢的資料選擇其抽氣壓力為2.5Mpa,根據(jù)蒸汽在高壓缸等熵做功，可以求出這之間的理想焓降，然后通過高壓缸的效率可以求出抽氣的實(shí)際焓值，然后由壓力和焓值查表可以查的抽氣的干度： xzes,1=0.9192（6）第二級再熱器加熱蒸汽參數(shù)考慮新蒸汽壓損為5%，再熱器處第二級再熱器抽汽壓力為：Pzes,2=0.95Ps=0.95*6.0=5.7MPa 第二級再熱器抽汽比焓 hz

20、es,2=hs=2780.57kJ/kg 由Pzes,2與hzes,2查水及水蒸汽表得 第二級再熱器抽汽干度 xzes,2=0.9955（7）低壓缸參數(shù)低壓缸進(jìn)口蒸汽壓力為：（考慮由第二級再熱器至低壓缸的蒸汽壓損為1%）Pl,i=0.99Prh2,z=0.99*0.513=0.508MPa低壓缸進(jìn)口蒸汽比焓hl,i=hrh2,z=2975.77kJ/kg，由Pl,i和hl,i查水及水蒸汽表得低壓缸進(jìn)口蒸汽溫度 Tl,i=257.18，Sl,i=7.2932。低壓缸排汽壓力為（考慮由低壓缸至冷凝器的低壓缸排汽壓損為5% ） Pl,z=Pcd/0.95=6.30/0.95=6.63kPa 由Pl,

21、z與Sl,i查水及水蒸汽表得低壓缸排汽理想比焓 hh,z*=2376.37kJ/kg。由低壓缸內(nèi)效率h,i=83.59%，低壓缸排汽實(shí)際比焓為：hh,z=hl,i-l,i(hl,i-hl,z*)=2332.53kJ/kg 由Pl,z與hl,z查水及水蒸汽表得 低壓缸排汽干度 xl,z=0.9197。2.3.2.5給水回?zé)釁?shù)的選擇（1） 給水焓升分配參數(shù)1 回?zé)峒墧?shù)Z=7，低壓給水加熱器級數(shù)ZL=4，高壓給水加熱器級數(shù)ZH=2。多級回?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，即每一級給水加熱器內(nèi)給水的焓升相等，這種方法簡單易行。采用平均分配時(shí)，每一級加熱器的理論給水焓升為：則蒸汽發(fā)生器的

22、最佳給水比焓為hfw,op=hcd+Zhfw,op=1081.38kJ/kg由蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力Ps與最佳給水比焓hfw,op查水及水蒸汽表得最佳給水溫度Tfw,op=249.12。最佳給水溫度可使回?zé)嵫h(huán)汽輪機(jī)絕對內(nèi)效率達(dá)到最大值，但是實(shí)際給水溫度Tfw往往低于理論上的最佳給水溫度為：Tfw,op,Tfw=0.85Tfw,op=211.75上式中，Tfw=(0.85-0.90)Tfw,op,取0.85。由蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力Ps與實(shí)際給水溫度Tfw查水及水蒸汽表得實(shí)際給水比焓how=905.72kJ/kg。（2） 除氧器參數(shù)除氧器使用高壓缸的排汽加熱，還接收來自第6級高壓給水加熱器的疏水，因而

23、除氧器的運(yùn)行壓力應(yīng)略低于高壓缸的排汽壓力，且除氧器出口水溫等于除氧器運(yùn)行壓力對應(yīng)的飽和溫度。除氧器運(yùn)行壓力選為 Pdea=0.96=0.657Mpa由Pdea查水及水蒸汽表得除氧器出口給水溫度 Tdea=162.4 hdea，o=686.00kJ/kg。（3） 給水焓升再分配參數(shù)高壓缸給水分配：低壓缸給水分配：（4） 凝水泵參數(shù)凝水泵將冷凝器熱井中的凝結(jié)水抽出，經(jīng)過四級低壓給水加熱器輸送到除氧器中。一般凝水泵出口壓力Pcd,p為除氧器運(yùn)行壓力的3-3.2倍： 取Pcd,p=3.12Pdea=2.05MPa。（5） 低壓加熱器給水參數(shù) 第一級低加進(jìn)口給水壓力Plfwi,1=Pcd,p=2.05M

24、Pa通過資料可以知道第一級低加熱器進(jìn)口至除氧器的壓損很小，于是我們?yōu)榱擞?jì)算簡便，把經(jīng)過凝水泵增壓的給水在這四級低壓給水加熱器中的壓力近似相等 即Plfwi,1=Plfwi,2=Plfwi,3=Plfwi,=2.05Mpa由冷凝器出來的飽和水經(jīng)過凝水泵為等熵過程， 由Scd與Plfwi,1查水及水蒸汽表得 第一級低加進(jìn)口給水比焓 hlfwi,1=157.28kJ/kg(由于這個(gè)與冷凝器運(yùn)行壓力下的焓值155kJ/kg差別很小，于是忽略凝水泵和給水泵的影響) 第1級低加出口給水比焓為： hlfwo,1=hlfwi,1+hfw,l=155.00+106.20=261.2kJ/kg第1級低加進(jìn)口給水溫

25、度（由Plfwi,1與hlfwi,1查水及水蒸汽表得） Tlfwi,1=37.06 第1級低加出口給水溫度(由Plfwo,1與hlfwo,1查水及水蒸汽表得 ) Tlfwo,1=62.00。 對于2、3、4級都是同理可得；第二級低加進(jìn)口給水參數(shù)、第三級低加進(jìn)口給水參數(shù)和第四級低加進(jìn)口給水參數(shù) 第2級低加出口給水比焓為：hlfwo,2=hlfwi,2+hfw,l=261.2+106.2=367.4kJ/kg第2級低加出口給水溫度 Tlfwo,2=87.36。 第3級低加出口給水比焓為：hlfwo,3=hlfwi,3+hfw,l=367.4+106.2=473.6kJ/kg第3級低加出口給水溫度

26、Tlfwo,3=112.57。 第4級低加出口給水比焓為：hlfwo,4=hlfwi,4+hfw,l=473.6+106.2=579.8kJ/kg第4級低加出口給水溫度 Tlfwo,4=137.55。除氧器進(jìn)口比焓 hdea,i=hlfwo,4=579.8kJ/kg。（6） 高壓加熱器給水參數(shù)給水泵出口壓力為蒸汽發(fā)生器二次側(cè)蒸汽壓力的1.15-1.25倍，取1.20倍，即Pfw,p=1.20Ps=7.2MPa,所以第一級高加進(jìn)口給水壓力Phfwi,1=Pfw,p=7.2MPa。蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水壓力Ps1比新蒸汽壓力Ps高0.1MPa，所以蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水壓力Ps1=6.1MPa。經(jīng)過查資料

27、可以由第一級高加進(jìn)口至蒸汽發(fā)生器給水壓損為1.1MPa，經(jīng)過查資料可以蒸汽發(fā)生器進(jìn)口處壓損較大，所以我們可以忽略給水在高加加熱器中的壓損，即認(rèn)為蒸汽發(fā)生器進(jìn)口處的壓損為1.1MPa。于是可得； Phfwi,6=Phfwi,7=7.2Mpa 由除氧器出來的飽和水經(jīng)過給水泵為等熵過程，由Sdea與Phfwi,6查水及水蒸汽表得第6級高加進(jìn)口給水比焓 hhfwi,6=hdea,i=686kJ/kg,第6級高加出口給水比焓為： hhfwo，1= hhfwi,1+hfw,h=686+109.87=795.87kJ/kg 第6級高加進(jìn)口給水溫度（由Phfwi,6與hhfwi,6查水及水蒸汽表得） Thfw

28、i,6=161.52 第6高加出口給水溫度 （由Phfwo,6與hhfwo，6查水及水蒸汽表得) Thfwo,6=186.72。第7級高加進(jìn)口給水參數(shù)與第6級高加出口給水參數(shù)相同第7級高加出口給水比焓為： Hhfwo,7=hhfwi,7+hfw,h=795.87+109.87=905.74kJ/kg第7級高加出口給水溫度(由Phfwo，7與hhfwo，7查水及水蒸汽表得 ) Thfwo,7=211.36。(7)高壓缸抽汽 考慮高壓給水加熱器出口端差為3， 高壓缸第6級抽汽溫度為：Thes，6= Thfwo,6+3=186.72+3=189.72 高壓缸第7級抽汽溫度為：Thes，7= Thfw

29、o,7+3=211.36+3=214.36 由高壓缸第一級抽汽溫度Thes，1查水及水蒸汽表得相應(yīng)溫度下的飽和水壓力Phes,1*=1.248MPa,考慮回?zé)岢槠麎簱p為3%，則高壓缸處第一級抽汽壓力為：Phes,6= Phes,1*/0.96=1.30MPa 由Phes,1與Sh,i查水及水蒸汽表得高壓缸第一級抽汽理想比焓hhes,1* 由于已知高壓缸內(nèi)效率h,i，高壓缸第一級抽汽實(shí)際比焓為： hhes,1=hs-h,i(hs-hhes,1*) 高壓缸第6級抽汽干度（由Phes,1與hhes,1查水及水蒸汽表得） xhes,1=0.8878。 同理：我們可以算得第7級的抽氣壓力和干度； Phe

30、s,7=2.17Mpa xhes,1=0.9105（8）低壓缸抽汽考慮低壓給水加熱器出口端差為2，低壓缸第1級抽汽溫度為：Tles,1=Tlfwo,1+2=62.00+2=64由低壓缸第一級抽汽溫度Tles,1查水及水蒸汽表得相應(yīng)溫度下的飽和水壓力Ples,1考慮回?zé)岢槠麎簱p為3%，則低壓缸處第一級抽汽壓力為： Ples,1= Ples,1*/0.96由Ples,1查水及水蒸汽表得相應(yīng)壓力下的飽和水比焓 hw,1=279.17kJ/kg。由Ples,1與Sl,i查水及水蒸汽表得 低壓缸第一級抽汽理想比焓 hles,1*由低壓缸內(nèi)效率l,i低壓缸第一級抽汽實(shí)際比焓為； hles,1=hrhz,2

31、-l,i(hrhz,2-hles,1*)，由Ples,1與hles,1查水及水蒸汽表得 低壓缸第1級抽汽干度 xles,1=09604同理可以得到第2、3、4級的抽氣溫度Tles,i和干度xles,i 低壓缸第2級抽汽溫度和干度為：Tles,i=0.07Mpa xles,i=0.9981 低壓缸第3級抽汽溫度和干度為 Tles,i=0.17Mpa xles,i=1 (過熱） 低壓缸第4級抽汽溫度和干度為 Tles,i=0.37Mpa xles,i=1 （過熱）3熱力系統(tǒng)熱平衡計(jì)算3.1熱平衡計(jì)算方法進(jìn)行機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算采用常規(guī)計(jì)算法中的串聯(lián)法，對凝汽式機(jī)組采用“由高至低”的計(jì)算次序，即從

32、抽汽壓力最高的加熱器開始計(jì)算，依次逐個(gè)計(jì)算至抽汽壓力最低的加熱器。這樣計(jì)算的好處是每個(gè)方程式中只出現(xiàn)一個(gè)未知數(shù)，適合手工計(jì)算。熱力計(jì)算過程使用的基本公式是熱量平衡方程、質(zhì)量平衡方程和汽輪機(jī)功率方程。3.2熱平衡計(jì)算模型開始給定原始數(shù)據(jù)查詢、計(jì)算熱力參數(shù)預(yù)設(shè)裝置效率e.NPP計(jì)算反應(yīng)堆功率QR、蒸汽發(fā)生器蒸汽產(chǎn)量Gs及給水流量Gfw預(yù)設(shè)冷凝水流量Gcd··計(jì)算各用汽設(shè)備耗汽量Gs.i對除氧器運(yùn)用質(zhì)量守恒方程,計(jì)算冷凝水流量Gcd|Gcd-Gcd|<0.01 否 是二回路系統(tǒng)總蒸汽耗量Gt計(jì)算反應(yīng)堆熱功率QR計(jì)算裝置效率e.NPP|e.NPP -e.NPP|<0.0

33、01 否是輸出結(jié)果結(jié)束1. 整理原始資料（1）給水加熱器蒸汽側(cè)壓力等于抽汽壓力減去抽汽管道壓損；（2）給水加熱器疏水溫度和疏水比焓分別為汽側(cè)壓力下對應(yīng)的飽和水溫度和飽和水比焓；（3）蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水壓力比新蒸汽壓力高0.1MPa；（4）給水加熱器出口水溫等于疏水溫度減去出口端差；（5）給水加熱器出口水溫度由加熱器出口水比焓和水側(cè)壓力查水和水蒸汽表確定。2.蒸汽發(fā)生器總蒸汽產(chǎn)量的計(jì)算已知核電廠的輸出電功率為Ne，假設(shè)電廠效率為e,NPP,則反應(yīng)堆功率為通過對蒸汽發(fā)生器列質(zhì)量守恒與熱量守恒方程，可求蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量為：式中,1一回路能量利用系數(shù)，取0.99； hfh蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽比焓，

34、kJ/kg；hs蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力下的飽和水焓，kJ/kg；hfw蒸汽發(fā)生器給水比焓，kJ/kg；d蒸汽發(fā)生器排污率，取為新蒸汽產(chǎn)量的1.05%.3.低壓給水加熱器抽汽量計(jì)算假設(shè)一個(gè)凝水量Gcd，然后通過熱量守恒方程即可確定各低壓給水加熱器的抽汽量。 第四級：第三級：第二級： 第一級：式中：Gles,i第i級低壓加熱器的抽汽量，kg/s； hfw每級加熱器的平均焓升，kJ/kg；h加熱器效率；Hc(i)第i級加熱器抽汽比焓，kJ/kg；Hw(i)第i級加熱器疏水比焓，kJ/kg。4.低壓缸耗汽量計(jì)算質(zhì)量守恒： 5.再熱器加熱蒸汽量計(jì)算熱平衡方程：第一級：第二級：式中：Gzc,1第一級再熱器加熱

35、蒸汽量，kg/s；Gzc,2第二級再熱器加熱蒸汽量，kJ/kg；hrh再熱器平均焓升，kJ/kg；Hzc,i第i級再熱器加熱蒸汽的焓值，kJ/kg；Hzs,i第i級再熱器疏水焓值，kJ/kg。 6.給水泵有效輸出功率計(jì)算式中：Gfw給水泵的質(zhì)量流量，kg/s；Hfwp給水泵的揚(yáng)程，MPa；fw為給水的密度，kg/m3。7.給水泵汽輪機(jī)理論功率計(jì)算式中：fwp,p汽輪給水泵組的泵效率；fwp,ti給水泵組汽輪機(jī)內(nèi)效率；fwp,tm給水泵組汽輪機(jī)機(jī)械效率fwp,tg給水泵組汽輪機(jī)減速器效率8.給水泵汽輪機(jī)耗汽量計(jì)算 式中：Hfh為新蒸汽比焓 Hh,z為高壓缸排汽比焓9.蒸汽發(fā)生器給水流量計(jì)算10.

36、高壓給水加熱器抽汽量計(jì)算熱量平衡：式中：Ghes,i第i級高壓加熱器的抽汽量，kg/s;hfw每級加熱器的平均焓升，kJ/kg；11.汽水分離器疏水流量計(jì)算質(zhì)量守恒：式中：Gfss分離器至除氧器的疏水流量，kg/s;Gs,lp低壓缸的耗氣量，kg/s；xrh1,i第一級再熱器的進(jìn)口干度；xsp,i汽水分離器的進(jìn)口干度。12.除氧器耗氣量計(jì)算 熱量守恒式中：hdeao除氧器出口給水比焓，kJ/kg；hsp,i汽水分離器疏水焓值，kJ/kg；hhfwo,4第四級加熱器出口給水焓值，kJ/kg；Hw(6) 第六級加熱器出口疏水比焓，kJ/kg；hh,z高壓缸出口蒸汽比焓，kJ/kg。13.高壓缸耗汽

37、量計(jì)算(1) 低壓缸的內(nèi)功率 (2) 高壓缸的耗氣量式中：m汽輪機(jī)組機(jī)械效率； ge發(fā)電機(jī)效率；hh,i高壓缸進(jìn)口蒸汽焓值，kJ/kg；hh,o高壓缸出口蒸汽焓值，kJ/kg。Hl,i低壓缸進(jìn)口蒸汽焓值，kJ/kgHl,o低壓缸出口蒸汽焓值，kJ/kg14.冷凝水流量的迭代計(jì)算：質(zhì)量守恒可以得到冷凝水的流量：將上面得到的Gcd與步驟（3）中假設(shè)的Gcd進(jìn)行比較，若的值大于1%，則令Gcd=Gcd,返回步驟（3）進(jìn)行迭代計(jì)算，直到滿足精度要求為止。15.二回路系統(tǒng)總蒸汽耗量計(jì)算質(zhì)量守恒：16.對假設(shè)核電廠效率的驗(yàn)證判斷總蒸汽耗量：進(jìn)而可以求出核電廠的效率：將上面得到的核電廠效率e,NPP與步驟（

38、1）中初始假設(shè)的核電廠效率e,NPP進(jìn)行比較，若的值大于0.1%，則令e,NPP=e,NPP,返回步驟（1）進(jìn)行迭代計(jì)算，直到滿足精度的要求為止。4、計(jì)算結(jié)果分析及計(jì)算中遇到的問題由熱力計(jì)算得到的核電廠的效率e,NPP=30.24%，相比較而言大亞灣單機(jī)滿功率984MW機(jī)組的實(shí)際熱效率為34.1%低，其它量也與大亞灣核電廠中數(shù)據(jù)相差不大。說明在參數(shù)選擇和熱平衡計(jì)算中沒有出現(xiàn)大的錯(cuò)誤，符合一般核電廠二回路的設(shè)計(jì)。 下面是對計(jì)算的效率與實(shí)際核電廠效率低的分析：1、首先就是在二回路熱力系統(tǒng)原理流程圖的設(shè)計(jì)：（1）在對核電廠二回路熱力系統(tǒng)原理流程圖的設(shè)計(jì)中，為了簡化計(jì)算， 避免復(fù)雜的熱平衡計(jì)算中，設(shè)計(jì)

39、所有抽汽加熱后的疏水都是一律逐級回流然后一起送入入冷凝器，這與典型壓水堆二回路熱力系統(tǒng)原理流程圖有很大的差別，核電廠中真實(shí)設(shè)計(jì)中講低壓的3、4給水加熱器疏水直接輸送給給水。（2）在對二回路熱力系統(tǒng)原理流程圖的設(shè)計(jì)中，我直接把蒸汽發(fā)生器的排污水直接排放，這與實(shí)際的核電廠二回路設(shè)計(jì)不同，從而造成了一部分熱量直接被排出，沒有被利用，從而使這個(gè)系統(tǒng)效率偏低。2、在對二回路的參數(shù)的選擇上： 我在進(jìn)行選擇參數(shù)上，為了簡化計(jì)算，在某些參數(shù)選擇的不合理。（1）在對蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行壓力的選擇上選擇的是6Mpa,這與大亞灣核電廠的蒸汽發(fā)生器出口壓力為6.8MP相差很大，從而使產(chǎn)生蒸汽的參數(shù)比大亞灣的低，因此有可能

40、是我設(shè)計(jì)時(shí)蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行壓力取得較低造成我的設(shè)計(jì)效率較低。 （2）在冷凝器傳熱端差和循環(huán)冷卻水溫升的選擇中，選擇的不合理導(dǎo)致低壓缸排氣壓力偏高，（3）在各部分的壓損選擇、蒸汽干度的選擇、排氣壓力的選擇等，選擇的與實(shí)際電廠有差別，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏離最佳值。這些都會對核電廠的效率也會造成影響。（4）本次課程設(shè)計(jì)給出的高壓缸、低壓缸的內(nèi)效率較低，造成其輸出的有效功率較低，從而導(dǎo)致核電廠有效功率較低。（5）高壓缸的排氣壓力選擇的與實(shí)際核電廠的不同，沒有選擇最佳的分缸壓力，從而對整個(gè)汽輪機(jī)組的效率造成影響。3、從循環(huán)熱力分析的角度： 由于我的蒸汽發(fā)生器的壓力選擇偏低，使核電汽輪機(jī)的蒸汽入口參數(shù)偏低，冷凝

41、器的傳熱溫差和循環(huán)冷卻劑的溫升選擇不合理導(dǎo)致核電汽輪機(jī)的蒸汽排放參數(shù)偏高，導(dǎo)致其熱力循環(huán)的溫差偏低，從而降低了核電廠的效率。4、其他的因素： (1)系統(tǒng)自身的能量消耗與散熱上，比如管道設(shè)備的散熱，閥件的少許泄露，補(bǔ)水的加入與污水的排放等，也會造成核電廠效率的偏低. (2)由于數(shù)據(jù)的繁多，在查表、計(jì)算、整理時(shí)，出現(xiàn)誤差也是不可避免的，這會對結(jié)果造成一定影響。在熱平衡計(jì)算中遇到的問題； 1、在汽水分離再熱器第一級的加熱蒸汽是從高壓剛中抽取的，但是設(shè)計(jì)參考書中并沒有給出其關(guān)于抽氣壓力選擇問題的表述，于是我是參考資料選取的 2、在高、低壓第二次回?zé)岱峙渲?，給水加熱管道的4個(gè)低壓加熱器和除氧器、2個(gè)高壓

42、給水加熱器的平均給水焓升的計(jì)算在設(shè)計(jì)參考資料中分別用的冷凝器中的焓值和除氧器的出口焓值，并沒有考慮在凝水泵和給水泵的焓升問題。 3、在設(shè)計(jì)參考書中我們知道在這幾個(gè)高低壓加熱器中的壓力損失很小，認(rèn)為幾乎不變，而從凝水泵到除氧器的壓力從2.05Mpa變到0.657Mpa，在這其中壓力損失是很大的，壓力到底是損失在第四級加熱器到蒸汽發(fā)生器進(jìn)口的管道中，還是損失在蒸汽發(fā)生器中呢？在給水泵到蒸汽發(fā)生器中壓力從7.2Mpa變到6.1Mpa，而在這兩級高壓加熱器的壓損很小，在這其中這么大的壓損都損失在第7級加熱器到蒸汽發(fā)生器入口管段，這是為什么呢？ 4、我在進(jìn)行熱平衡計(jì)算中，在高壓缸處的蒸汽耗損時(shí)采用的是質(zhì)

43、量守恒方法算出的，然后在整個(gè)迭代計(jì)算中只要滿足冷凝器出口給水量收斂后，運(yùn)行的效率一定會收斂，并且可以在任何效率平衡，在這其中我還有些問題沒有想明白。 5、在設(shè)計(jì)參考資料中，在第二次給水回?zé)岱峙渲?，其高低壓缸的焓升值都是采用的第一次的給水回?zé)岱峙涞撵噬?，但是我覺得應(yīng)該要采用第二次考慮蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行壓力后的高低壓給水回?zé)岬撵噬怠?、結(jié)論 對于反應(yīng)堆二回路效率來說，提升核電廠效率效率可以從如下幾個(gè)方面來進(jìn)行： 1、從二回路熱力流程圖上來考慮： （1）在二回路的給水回?zé)嵯到y(tǒng)中，應(yīng)該考慮可以將加熱蒸汽的凝水直接送入給水管道，而不必將至送至能冷凝器。 （2）在對蒸汽發(fā)生器的排污處理時(shí)，我們可以將排污

44、水不直接排放，可以用它來加熱給水等從而得到利用，從而可以避免一部分熱量的損失，提高核電廠的效率。 2、在對二回路的參數(shù)的選擇上： （1）在蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的條件下可以適當(dāng)?shù)脑黾诱羝l(fā)生器的運(yùn)行壓力，從而使核電汽輪機(jī)的入口蒸汽參數(shù)得以提高，從而有利于提高核電汽輪機(jī)的效率，進(jìn)而提高核電廠效率。 （2）在冷凝器中，通過合理的結(jié)構(gòu)與傳熱設(shè)計(jì)，降低冷凝器的中的真空度，從而可以降低核電汽輪機(jī)的排氣參數(shù)，提高其功率，進(jìn)而提高核電廠效率。 3、在對二回路的參數(shù)的選擇上： （1）提高二回路系統(tǒng)中各種設(shè)備的工作效率，從而有利于提高核電廠的效率。 （2）通過以往經(jīng)驗(yàn)合理的選出高壓缸的排氣壓力，即選擇最佳的分缸

45、壓力從，而使整個(gè)汽輪機(jī)組的功率輸出更加的大，進(jìn)而可以提高核電廠的效率。 （3）經(jīng)過合理的管道設(shè)計(jì)，盡力降低蒸汽和給水在管道中的壓損和熱量損失，從而提高核電廠效率。 （4）盡可能提高的高壓缸和低壓缸的做功效率，進(jìn)而可以提高核電廠效率。 4、其他的因素： 盡量減少系統(tǒng)自身的能量消耗與散熱上，比如管道設(shè)備的散熱，閥件的少許泄露，從而使核電廠效率的偏低。 6、心得體會經(jīng)歷了這次對于壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，收獲了許多，也認(rèn)識到了自己的欠缺與不足。1、自己對于CAD、word軟件，excel軟件的使用方法有了更加深入的了解，提高了自己計(jì)算機(jī)繪圖、制表、數(shù)據(jù)處理的能力。 2、我對于壓水堆核電廠

46、二回路熱力系統(tǒng)有了更好的了解，包括它的參數(shù)選擇、工作流程等。此外，我也了解了核電廠熱力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的一般途徑和方案論證、優(yōu)選的原則，掌握了原來不知道的知識點(diǎn)以及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。培養(yǎng)了自己查閱資料、合理選擇和分析數(shù)據(jù)的能力，掌握工程設(shè)計(jì)說明書撰寫的基本原則。3、在課程設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到了許多困難。參數(shù)的選擇時(shí)有許多不懂的地方，比如為什么要這么取，為什么只能這么取，對二回路的參數(shù)有了更加清晰的認(rèn)識。4、在用excel軟件進(jìn)行熱力平衡計(jì)算時(shí)，總會出現(xiàn)很多問題，參數(shù)的迭代錯(cuò)誤等等，在這其中，我漸漸的學(xué)會了如何用理論上的知識來分析問題，找出問題的關(guān)鍵點(diǎn)

47、，從而可以快速的解決問題，提高了我對處理問題的能力。 附表1 已知條件和給定參數(shù)序號項(xiàng)目符號單位取值范圍或數(shù)值1核電廠輸出功率MW10002一回路能量利用系數(shù)09983蒸汽發(fā)生器出口蒸汽干度%99.754蒸汽發(fā)生器排污率%1.05%5高壓缸內(nèi)效率%82.076低壓缸內(nèi)效率%83.597汽輪機(jī)組機(jī)械效率0.998發(fā)電機(jī)效率0.999新蒸汽壓損MPa10再熱蒸汽壓損MPa 3%11回?zé)岢槠麎簱pMPa12低壓缸排氣壓損kPa5%13高壓給水加熱器出口端差314低壓給水加熱器出口端差215加熱器效率0.9816給水泵效率0.5817給水泵汽輪機(jī)內(nèi)效率0.818給水泵汽輪機(jī)機(jī)械效率0.9019給水泵汽輪機(jī)減速器效率0.9820循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度24