壓水堆核電廠二回路系統(tǒng)初步設(shè)計

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壓水堆核電廠二回路系統(tǒng)

初步設(shè)計

一、摘要

本次課程設(shè)計是我們在學(xué)習(xí)《核動力裝置與設(shè)備》等課程后的一次綜合訓(xùn)練，在課程設(shè)計中我們應(yīng)用所學(xué)的基本專業(yè)知識并在此基礎(chǔ)上對核電廠二回路系統(tǒng)進行計算和設(shè)計。在本次設(shè)計中，我們對系統(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，提高了運算、制圖和編程的能力，同時培養(yǎng)了對工程問題的嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度。二、設(shè)計內(nèi)容及要求

（一）通過課程設(shè)計應(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)計的一般途徑和方案論證、優(yōu)選的原則；

（2）把握核電廠原則性熱力系統(tǒng)計算和核電廠熱經(jīng)濟性指標(biāo)計算的內(nèi)容和方法；

（3）提高計算機繪圖、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，把握工程設(shè)計說明書撰寫的基本原則。（二）本課程設(shè)計的主要內(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)計算原始資料，進行原則性熱力系統(tǒng)的熱平衡計算，確定計算負(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)濟指標(biāo)；

（4）編制課程設(shè)計說明書，繪制原則性熱力系統(tǒng)圖。

三、熱力系統(tǒng)原則方案說明

典型的壓水堆核電站的二回路配置方式由基本的汽輪機組、用于提高功率和效率的汽水分開再熱系統(tǒng)和回?zé)嵯到y(tǒng)組成。（一）汽輪機組

汽輪機由一個高壓缸、3個低壓缸組成，高壓缸、低壓缸之間需要設(shè)置外置式汽水分開再熱器。（二）蒸汽汽水分開再熱系統(tǒng)

汽水分開-再熱器設(shè)置在主汽輪機的高、低壓缸之間，汽水分開-再熱器由一級分開器、兩級再熱器組成，第一級再熱器使用高壓缸的抽汽加熱，其次級再熱器使用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽加熱。分開器的疏水排放到除氧器，第一級、其次級再熱器的疏水分別排放到高壓給水加熱器（回?zé)崞鞯牡诹壓偷谄呒墸?。高壓缸排汽?jīng)過除濕和加熱，進入低壓缸后達(dá)到過熱狀態(tài)。（三）給水回?zé)嵯到y(tǒng)

給水回?zé)嵯到y(tǒng)由回?zé)峒訜崞鳌⒒責(zé)岢槠艿?、凝給水管道、疏水管道等組成?；?zé)峒訜崞饕勒掌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)計中，回?zé)嵯到y(tǒng)由四級低壓回?zé)崞?、一級除氧器和兩級高壓回?zé)崞鹘M成。

作為第六級回?zé)岬母邏航o水加熱器采用主汽輪機高壓缸的抽汽進行加熱，作為第七級回?zé)岬母邏航o水加熱器采用新蒸汽進行加熱；除氧器采用高壓缸的排汽進行加熱，低壓給水加熱器采用主汽輪機低

壓缸的抽汽進行加熱。本次設(shè)計中的核電機組二回路中的給水泵采用汽動給水泵，利用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽，給水泵汽輪機排出的廢汽被送到主冷凝器，其蒸汽進出口參數(shù)同高壓缸蒸汽的進出口參數(shù)。

表一已知條件和給定參數(shù)

序號12345678910111213141516項目核電廠輸出電功率一回路能量利用系數(shù)蒸汽發(fā)生器排污率汽輪機組相對內(nèi)效率汽輪機組機械效率發(fā)電機效率新蒸汽壓損再熱蒸汽壓損回?zé)岢槠麎簱p低壓缸排汽壓損高壓給水加熱器出口端差低壓給水加熱器出口端差加熱器效率給水泵效率給水泵汽輪機內(nèi)效率給水泵汽輪機機械效率符號Ne單位MWMPaMPaMPakPa℃℃取值范圍或數(shù)值給定，10000.991.05%0.80.980.99?1?d?i?m?ge?pfh?prh?pe,j3%?prh=8%phz?pe,j?=??4%?pe,j5%320.980.580.850.90?pcd?h,u?l,u?h?fwp,p?fwp,ti?fwp,tm17181920給水泵汽輪機減速器效率循環(huán)冷卻水進口溫度循環(huán)冷卻水溫升冷凝器傳熱端差?fwp,tgTsw,1?Tsw℃℃℃0.982477?T

表二：主要熱力參數(shù)確定

序號123456789101112131415項目反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)運行壓力反應(yīng)堆冷卻劑的飽和溫度反應(yīng)堆出口冷卻劑過冷度反應(yīng)堆出口冷卻劑溫度反應(yīng)堆進出口冷卻劑溫升反應(yīng)堆進口冷卻劑溫度二回路蒸汽壓力蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽溫度蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽干度循環(huán)冷卻水溫升冷凝器傳熱端差冷凝器凝結(jié)水飽和溫度冷凝器的運行壓力高壓缸進口蒸汽壓力高壓缸進口蒸汽干度符號pcTc,s單位MPa℃℃℃℃℃MPa℃%℃℃℃kPaMPa%計算公式或來源選定，15~16查水和水蒸汽表確定選定，15~20Tco?Tc,s??Tsub數(shù)值1634718329352947285.8399.7577386.636.7999.5?TsubTco?TcTci選定，30~40Tci?Tco??Tc選定，6~7ps對應(yīng)的飽和溫度psTfhxfh?Tsw給定選定，6~8選定，3~10Tcd?Tsw,1??Tsw??T?TTcdpcdph,ixh,iTcd對應(yīng)的飽和壓力由壓損求得選定

161718192021222324252627282930313233343536高壓缸內(nèi)效率高壓缸排汽壓力高壓缸排汽干度汽水分開器進口蒸汽壓力汽水分開器進口蒸汽干度第一級再熱器進口蒸汽壓力第一級再熱器進口蒸汽干度其次級再熱器進口蒸汽壓力其次級再熱器進口蒸汽溫度其次級再熱器出口蒸汽壓力其次級再熱器出口蒸汽溫度低壓缸進口蒸汽壓力低壓缸進口蒸汽溫度低壓缸內(nèi)效率低壓缸排汽壓力低壓缸排汽干度回?zé)峒墧?shù)低壓給水加熱器級數(shù)高壓給水加熱器級數(shù)給水回?zé)岱峙傻蛪杭訜崞鹘o水參數(shù)?h,iph,zxh,zpsp,ixsp,iprh1,ixrh1,iMPa%MPa%MPa%MPa℃MPa℃MPa℃MPa%kJ/kg選定選定選定選定選定選擇選擇0.780.785.30.785.30.6899.720.6528215.710.63265.830．63265.830.880.0069896.78742108prh2,iTrh2,iprh2,zTrh2,zpl,iTl,i?l,ipl,zxl,zZZLZH?hfw?hfw?hfw?hcdZ3738394041第j級進口給水比焓第j級出口給水比焓第j級進口給水溫度第j級出口給水溫度除氧器進口給水比焓除氧器出口給水比焓除氧器出口給水溫度除氧器運行壓力高壓加熱器給水參數(shù)第i級進口給水比焓第i級出口給水比焓第i級進口給水溫度第i級出口給水溫度高壓缸抽汽hlfwi,jkJ/kgkJ/kg℃℃kJ/kgkJ/kg℃MPahlfwo,jTlfwi,jTlfwo,jhdea,i159.18;267.2；375.2；483.2；267.2；375.2；hlfwo,j?hlfwi,j??hfw483.2；591.2；38；63.7；按?pcwp,hlfwi,j?查水蒸汽表89.5；115.1hlfwi,j?hlfwo,j?1按?pcwp,hlfwo,j?查水蒸汽表63.7；89.5；115.1；139.4591.2hdea,i?hlfwo,ZLhdeaTdeahdea?hdea,i??hfw699.2165.420.708hdea對應(yīng)的飽和水溫度對應(yīng)的飽和壓力hhfwi,i?hhfwo,i?1pdeahhfwi,ihhfwo,iThfwi,iThfwo,iTdeakJ/kgkJ/kg℃℃按699.2；807.2807.2；915.2hhfwo,i?hhfwi,i??hfw?pfwp,hhfwi,i?查水蒸汽表164.58；189.3查水蒸汽189.3；213.45按?pfwp,hhfwo,i?表MPa%MPa%1.374；2.210.88；0.910.027；0.074；0.188；0.40.932；0.941；1；14243（i?1,?,ZH）第i級抽汽壓力第i級抽汽干度低壓缸抽汽（j?1,?,ZL）第j級抽汽壓力第j級抽汽干度phes,ixhes,iples,jxles,j各數(shù)值計算過程如下：

數(shù)值14：新蒸汽壓損=3%，所以高壓缸進口蒸汽壓力=7（1-3%）=6.79數(shù)據(jù)17：取最正確分缸壓力=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，可求得高壓缸進口焓值,熵值,蒸汽在高壓缸中經(jīng)歷等熵過程，所以,又由于=0.7，可查得出口理想干度為0.811，=2372.35。根據(jù)?h,i=，可求得=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)汽水分開再熱器出口溫度比新蒸汽溫度低20℃，低壓缸進口溫度等于汽水分開再熱器出口溫度，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)計算方法與高壓缸一致。

數(shù)值35：多級回?zé)岱峙煽梢圆捎闷啓C設(shè)計時普遍使用的平均分派法，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。

每一級加熱器的給水焓升為

?hfw，ophs??hcd?Z?1式中，hs?——蒸汽發(fā)生器運行壓力對應(yīng)的飽和水比焓，kJ/kg；

hcd——冷凝器出口凝結(jié)水比焓，kJ/kg；Z——給水回?zé)峒墧?shù)。

最正確給水溫度可使回?zé)嵫h(huán)汽輪機絕對內(nèi)效率達(dá)到最大值。采用平均分派法進行回?zé)岱峙蓵r，其最正確給水比焓為

hfw,op?hcd?z?hfw,op

依照蒸汽發(fā)生器運行壓力psg和最正確給水比焓hfw,op查水和水蒸汽表，可以確定最正確給水溫度Tfw,op。實際給水溫度Tfw往往低于理論上的最正確給水溫度Tfw,op，尋?？梢匀?/p>

Tfw??0.65~0.75?Tfw,op

（這里選0.65）

由壓力和實際給水溫度，再一次通過等焓生分派的方法確定每一級加熱器內(nèi)的焓升。實際每一級給水焓升為：

?hfw?hfwhcdhfw?hcdZ

——給水比焓，kJ/kg；

——冷凝器出口凝結(jié)水比焓，kJ/kg；

Z——給水回?zé)峒墧?shù)。

表三熱平衡計算結(jié)果

序號123456項目符號單位計算結(jié)果130.0023429.8656核電廠效率?e,npp%MW反應(yīng)堆熱功QR率蒸汽發(fā)生器Ds總蒸汽產(chǎn)量汽輪機高壓Gs,hp缸耗汽量汽輪機低壓Gs,lp缸耗汽量第一級再熱Gs,rh1器耗汽量3.3331598.21586.321359.43.3492023.21304516682167551012.3kg/s1644.9kg/s1376.7kg/s949.3741629.886917.56981241.2kg/s49.2172107.760461.027542.374462.085065.51597其次級再熱器耗汽量除氧器耗汽量給水泵汽輪機耗汽量給水泵給水量Gs,rh2kg/s81.552369.6687113.751479.9381Gs,dea101.3124106.84798kg/s69.236264.982564.495781.614377.383178.0434Gs,fwp910kg/s131.2461131.2401131.2401149.01831662.11662.12039.8Gfwkg/s1662.1Hfwp156.01832039.8156.01832039.811給水泵揚程12高壓缸抽汽量第i級抽汽量（MPa999999Ghes,ii?1,?,ZH）13低壓缸抽汽量第j級抽汽量（78.102863.4450;59.4542;58.9974;74.6904;;63.236kg/s55.3256;47.952646.265667.4563560.7223;60.3625Gles,jj?1,?,ZL）40.5321;51.9310;54.380;540.6812;52.9085;4.8804;5kg/s40.6987;53.9500;3.9232;538.866352.80203.736149.553440.5321;;54.04540.6812;1;54.0940.6193;09;52.839.886221252.8753;56.7193;56.7670;56.444;四、熱平衡計算書

1、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)堆熱功率為

QR?Ne?e,NPP

蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量為

Ds?QR?1????hfh?hs????1??d???hs?hfw??????

式中，?1——一回路能量利用系數(shù)；

hfh——蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽比焓，kJ/kg；

?hs——蒸汽發(fā)生器運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，尋常取為新蒸汽產(chǎn)量的1.05%。

2、二回路系統(tǒng)各設(shè)備耗汽量計算

（1）給水回?zé)嵯到y(tǒng)熱平衡計算，確定汽輪機各級抽汽點的抽汽量及冷凝器出口凝結(jié)水流量Gcd；a)第2,3級給水加熱器所需的抽汽量:

Ges,j?

Gfw,jcp,w?Tfwo,j?Tfwi,j??hes,j?hew,j??h,j

式中，Gfw,j——第j級給水加熱器的給水流量，kg/s；

Tfwi,j，Tfwo,j——第j級給水加熱器進口、出口給水溫度，℃；

疏水的比焓，kJ/kg；hes,j，hew,j——第j級給水加熱器加熱蒸汽、

?h,j——第j級給水加熱器的熱效率；

j——2,3。

b)對于第一級加熱器，在求出其次級抽氣量后采用能量平衡的算法求得：

從而得到第一級抽氣量。

c)第四級抽氣量的計算

d)計算給水泵耗氣量

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的內(nèi)效率、機械效率和減速器效率。給水泵汽輪機的耗氣量為

——給水泵汽輪機中蒸汽的絕熱焓降。e)低壓缸耗氣量