哈工程核學(xué)院壓水堆熱力系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書

摘要：該說(shuō)明書介紹了一個(gè)1000MWe核電廠二回路熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其設(shè)計(jì)過程。該設(shè)計(jì)以大亞灣900MWe核電站為母型，選擇了一個(gè)高壓缸，三個(gè)低壓缸，設(shè)有兩級(jí)再熱器的汽水分離器，四個(gè)低壓給水加熱器，一個(gè)除氧器，兩個(gè)高壓給水加熱器。蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行壓力為6.8MPa，高壓缸排氣壓力為0.816MPa，一級(jí)再熱器抽汽壓力2.718MPa，低壓缸進(jìn)口過熱蒸汽壓力為0.784MPa,溫度為269.88℃，冷凝器的運(yùn)行壓力為5kPa，給水溫度為194.06℃。高壓給水加熱器疏水逐級(jí)回流送入除氧器，低壓給水加熱器疏水逐級(jí)回流送入冷凝器。排污水經(jīng)凈化后排進(jìn)除氧器。各級(jí)回?zé)崞骱驮贌崞鞯恼羝峙浜侠?，?jīng)過加熱器后，蒸汽全部冷凝成疏水，整個(gè)系統(tǒng)電廠效率為36.25%。設(shè)計(jì)時(shí)，假設(shè)蒸汽發(fā)生器蒸汽產(chǎn)量為1，根據(jù)選定的合理的參數(shù)值可求出給水泵的耗汽份額為1.76%，假設(shè)低壓缸進(jìn)口蒸汽份額為a，低壓回?zé)嵴羝?、再熱蒸汽、高壓回?zé)嵴羝?、除氧器加熱蒸汽份額都可以用a表示。對(duì)除氧器列質(zhì)量守恒、能量平衡方程即可求出a值，從而知道各設(shè)備的蒸汽分配。利用各設(shè)備的蒸汽分配后可求出高壓缸、低壓缸比做功量，根據(jù)電功率要求可求出蒸汽發(fā)生器蒸汽產(chǎn)量，進(jìn)而求出堆芯熱功率，即可得出電廠效率。對(duì)效率不滿意時(shí)可調(diào)整合理調(diào)整各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，直至求出電廠效率滿意為止。1、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容(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，繪制原則性熱力系統(tǒng)圖。1.2設(shè)計(jì)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)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(shuō)明書撰寫的基本原則。2、熱力系統(tǒng)原則方案說(shuō)明該設(shè)計(jì)設(shè)有一個(gè)高壓缸，三個(gè)低壓缸，兩級(jí)再熱，七級(jí)回?zé)?，汽?dòng)給水泵。蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行壓力為6.8MPa，冷凝器的運(yùn)行壓力為5kPa。 2.1汽輪機(jī)組該核電廠汽輪機(jī)使用運(yùn)行壓力為6.8MPa的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的低參數(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)置外置式汽水分離器和兩級(jí)再熱器。高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力為6.5MPa，高壓缸內(nèi)效率為79%，出口壓力為0.816MPa，出口蒸汽干度為85.97%，低壓缸進(jìn)口壓力為0.784MPa，溫度為269.88℃，低壓缸內(nèi)效率為88%，排汽壓力為5.3kPa，干度為88.24%。分缸壓力為0.12，高壓缸發(fā)出整個(gè)機(jī)組功率的36.14%，低壓缸發(fā)出整個(gè)機(jī)組功率的63.86%。2.2蒸汽再熱系統(tǒng)在主汽輪機(jī)的高、低壓缸之間設(shè)置汽水分離-再熱器，高壓缸排汽經(jīng)過分離器除濕、經(jīng)過兩級(jí)再熱器加熱，使得進(jìn)入低壓缸的蒸汽達(dá)到過熱狀態(tài)，提高了低壓汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。汽水分離-再熱器由一級(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(壓力為2.718MPa，比焓為2642.658kJ/kg)加熱，第二級(jí)再熱器使用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽(壓力為6.8MPa，比焓為2771.338kJ/kg)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第一、第二級(jí)高壓給水加熱器。蒸汽經(jīng)分離器后干度達(dá)到99.5%，經(jīng)兩級(jí)再熱器加熱后達(dá)到壓力為0.784MPa、溫度為269.88℃的過熱蒸汽。2.3給水回?zé)嵯到y(tǒng)該設(shè)計(jì)的給水回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)有7級(jí)回?zé)幔蛪夯責(zé)?級(jí)，除氧器1級(jí)、高壓回?zé)?級(jí)，高壓、低壓給水加熱器為表面式換熱器，除氧器為混合式加熱器。給水的焓升在各級(jí)回?zé)崞髦衅骄峙?，每?jí)焓升為97.543kJ/kg。采用新蒸汽驅(qū)動(dòng)的汽動(dòng)給水泵，汽動(dòng)給水泵的壓力為6.9MPa，給水泵汽輪機(jī)排出的廢汽被送到主冷凝器。高壓給水加熱器采用主汽輪機(jī)高壓缸的抽汽(抽汽壓力1.50/0.92MPa)進(jìn)行加熱，除氧器采用高壓缸的排汽(壓力0.816MPa，干度85.97%)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(抽汽壓力0.263/0.125/0.053/0.019MPa)進(jìn)行加熱。高壓給水加熱器的疏水逐級(jí)回流，最終送入除氧器；低壓給水加熱器的疏水逐級(jí)回流，最終送入冷凝器。除氧器既是熱力除氧設(shè)備，又是一個(gè)混合式加熱器。來(lái)自低壓給水加熱器的給水在除氧器中被來(lái)自汽輪機(jī)高壓缸的經(jīng)減壓后排汽、高壓給水加熱器的疏水以及排污水經(jīng)凈化的蒸汽加熱到除氧器運(yùn)行壓力0.4575MPa下的飽和溫度148.54℃，經(jīng)過除氧的飽和水再由給水泵輸送到高壓給水加熱器，被加熱到194.06℃后再送入蒸汽發(fā)生器。2.4參數(shù)的選擇和結(jié)果序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目1核電廠輸出電功率單位取值范圍或數(shù)值MW給定，1000Ne23456789損端差率1ξdiηm fhe，jθh，uθl，uηh ηfwp，ti ηfwp，tgTsmaaaa℃℃℃℃℃9~1.0Δp=(3%~7%)pfhfhΔp≤10%prhhzΔp=(3%~5%)p32~0.9在確定二回路熱力系統(tǒng)原則方案和給定的參數(shù)的基礎(chǔ)上，選定和計(jì)算出熱平衡計(jì)算的主要熱力參數(shù)。選定、確定熱力參數(shù)的順序和方法見下表：表二主要熱力參數(shù)確定MPa選定，15~1615.5c項(xiàng)目序號(hào)1符號(hào)單位p2溫度3冷度4度5溫升6度7二回路蒸汽壓力8汽溫度9汽干度10汽焓值11循環(huán)冷卻水溫升12冷凝器傳熱端差13度14冷凝器的運(yùn)行壓力15凝水焓值16高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力17高壓缸進(jìn)口蒸汽干度18高壓缸進(jìn)口蒸汽熵值19高壓缸排汽壓力20高壓缸排汽理想焓值21高壓缸內(nèi)效率TTcTpsTxxhfhswThcdph，ixh,iSh,iph,zh*hh,zηh,i℃℃℃℃℃a℃%℃℃℃a%aT=T?ΔTcoc,ssubT=T?ΔTcicocp對(duì)應(yīng)的飽和溫度s根據(jù)(p、x)查水蒸汽表sfhT=T+ΔT+δTcdSW,1sw查表P對(duì)應(yīng)飽和水焓值cd新蒸汽壓損取4.0%ps近似焓相等過程，根據(jù)(p、h)h，ifh根據(jù)(p、x)查水蒸汽表h，ih,i選定分壓比12%ps熵相等過程，根據(jù)(p、S)查表h,zfh63522高壓缸排汽實(shí)際焓值23高壓缸排汽干度24壓力25干度26汽壓力27汽干度28汽焓值29汽壓力30汽溫度31汽焓值32汽壓力33汽焓值34汽溫度35低壓缸進(jìn)口蒸汽壓力36低壓缸進(jìn)口蒸汽溫度37低壓缸進(jìn)口蒸汽焓值38低壓缸進(jìn)口蒸汽熵值39低壓缸排汽壓力40低壓缸排汽理想焓值xxp rh,ipx rh,ixh rh,ihp rh2,zpTrh2,zh rh2,zhp rh,iph rh,2hTrh2,ipphl,iSpl,zh‘hh,z%a%a%a℃a℃a℃ah=h-η(h-h*)h,zfhh,ifhh,z根據(jù)(p、h)查水蒸汽表xh,zh,zh,zpsp,i=ph,zx=xsp,ih,z選定分離器壓損2%psp,i根據(jù)(p、x)查水蒸汽表rh1,irh1,i再熱器壓損選定2%psp,i根據(jù)(p、T)查水蒸汽表rh2,zrh2,z根據(jù)(p、h)查水蒸汽表rh2,irh1,2p=prh2,T=Tl,irh2,zhpl,i=hrh2,z根據(jù)(p、T)查水蒸汽表l,il,i根據(jù)排汽壓損，p=p/0.95l,zcd等熵過程，根據(jù)(p、S)查表l,zl,i41高壓缸內(nèi)效率42高壓缸排汽實(shí)際焓值43高壓缸排汽干度44回?zé)峒?jí)數(shù)45低壓給水加熱器級(jí)數(shù)46高壓給水加熱器級(jí)數(shù)47最佳給水焓升48最佳給水焓值49最佳給水溫度50理論給水溫度51理論給水焓值52給水回?zé)岱峙?3凝水泵出口壓力54焓55焓56焓57焓58焓59焓60焓61焓 hh,zXZZLZHfw，ophfw，opTThfwfwpcd，phlfwi,1hhhhhhhhhhhhhh%℃℃ah=h–η(h–h*)h,zl,il,il,il,z根據(jù)(p、h)查水蒸汽表xl,zl,zl,zΔh=(h‘-h)/(Z+1)fw，opscdh=h+ZΔhfw，opcdfw，op根據(jù)(psg、hfw，op)查水蒸汽表TTfwfw，op根據(jù)T對(duì)應(yīng)飽和水焓值fwhhh)/Zfwscd過程，查水蒸汽表lfwo,1lfwo,1hlfwi,1+Δhfwhhlfwi,2=hlfwo,1h=h+Δhlfwo,2lfwi,2fwh=hlfwi,3lfwo,2h=h+Δhlfwo,3lfwi,3fwh=hlfwi,4lfwo,3h=h+Δhlfwo,4lfwi,4fw752度度度度度度度度焓haihhdeaTpdeaplfw，1plfw，2plfw，3plfw，4TTTTTTTTPPhfw，1Phhfwi,1h hfwo1h℃aaaaa℃℃℃℃℃℃℃℃aaah=hdea,ilfwo,4hdea=hdea,i+Δhfw力p=plfw，1cd，p根據(jù)(ph)查水蒸汽表根據(jù)(hh)查水蒸汽表根據(jù)(ph)查水蒸汽表根據(jù)(ph)查水蒸汽表根據(jù)(ph)查水蒸汽表根據(jù)(ph)查水蒸汽表根據(jù)(ph)查水蒸汽表根據(jù)(ph)查水蒸汽表比高p0.1~0.2MPa，選定sP=Phfw，1fw，p，查水蒸汽表h=h+Δhhfwo,1hfwi,1fw焓83焓84焓85度86度87度88度99度h hfwi2hh hfwo2hT hfwi1TT hfwo1TT hfwi2TT hfwo2Tpzes，1hzes，1xesxThes，1phes，1hhes，1x hes1xThes，2phes，2hhes，2xhes，2℃℃℃℃a℃a%℃a%h=hhfwi,2hfwo,1h=h+Δhhfwo,2hfwi,2fw根據(jù)(Ph)查水蒸汽表hfw，1，hfwi,1根據(jù)(Ph)查水蒸汽表hfw，1，hfwo,1根據(jù)(Ph)查水蒸汽表hfw，2，hfwi,2根據(jù)(Ph)查水蒸汽表hfw，2，hfwo,2zes，1，h,ih,i由(ph)查水蒸汽表T=T+3hes，1hfwo,1T慮壓hes，1hes，1，h,ih,i由(ph)查水蒸汽表hes，1，hes，1T=T+3hes，2hfwo,2T慮壓hes，1hihi由(ph)查水蒸汽表hes，2，hes，22642.6582496.39052562.842Tles，1ples，1hles，1xxTles，2ples，2hles，2xxTles，3ples，3hles，3xxTles，4ples，4hles，4xles，4℃a%℃a%℃a%℃a%T=T+2les，1lfwo,1T慮壓les，1由(ph)查水蒸汽表les，1，les，1T=T+2les，2lfwo,2T慮壓les，2由(ph)查水蒸汽表les，2，les，1T=T+2les，3lfwo,3T慮壓les，3由(ph)查水蒸汽表les，3，les，1T=T+2les，4lfwo,4T慮壓les，4由(ph)查水蒸汽表les，4，les，42422.2242549.2032670.3272786.1433、熱平衡計(jì)算書利用表二給定的個(gè)參數(shù)進(jìn)行熱平衡計(jì)算。設(shè)蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量為1，低壓缸進(jìn)口的蒸汽份額為a，冷凝器凝水份額為b，高壓缸排汽流入除氧器的份額為c，流經(jīng)給水泵、高壓給水加熱器的給水量也為1.0105。3.1汽動(dòng)給水泵耗汽份額gs,fwp 汽動(dòng)給水泵做功使給水壓力增加，新蒸汽進(jìn)口焓h=2771.338kJ/kg,理想出口焓值hfh氣動(dòng)泵出*=1773.814kJ/kg，給水量為1，揚(yáng)程H=6.4426MPa，給水密度口ρ=918.4423kg/m3,給水泵效率η=0.58，給水泵汽輪機(jī)內(nèi)效率η=0.78，給水泵汽輪機(jī)機(jī)械效率η=0.90，給水泵汽輪機(jī)減速器效率η=0.98。g=0.0176s,fwpb=a+g=a+0.0176s,fwp3.2再熱器耗汽份額g、gs,rh1s,rh2分離器出來(lái)的流經(jīng)再熱器份額為a的蒸汽被加熱，使蒸汽焓值增加，在每級(jí)再熱器的焓增相等，Δh=117.785kJ/kg，第一級(jí)再熱器是抽高壓缸抽汽，P=2.718MPa，h=2642.658再熱zes，1kJ/kg，疏水為該壓力下對(duì)應(yīng)的飽和水，h=1982.87kJ/kg，二級(jí)再熱蒸汽為新蒸汽，h=2771.3384kJ/kg，h=1242.18kJ/kg，加熱器的效率η=0.98。由能量平衡可列方程：第一級(jí)再熱：ghh)η=aΔhs,rh1zes，1再熱疏水,1h再熱g=0.0724as,rh1第二級(jí)再熱：ghh)η=aΔhs,rh2zes，2再熱疏水,2h再熱g=0.0786as,rh23.3高壓給水加熱器耗汽份額hes,1hes,2流經(jīng)兩級(jí)高壓給水加熱器的給水量為1，每流經(jīng)一級(jí)加熱器給水的焓增相等，Δh=97.543kJ/kg，高壓給水加熱器的蒸汽從高壓缸抽汽，份額為g、g，第一級(jí)高壓再熱器s,rh1s,rh2抽汽焓值h=2498.201kJ/kg，疏水焓值h=748.18kJ/kg，第二級(jí)高壓再熱器抽汽焓1值h=2562.842kJ/kg，疏水焓值抽汽，2h=847.79kJ/kg，加熱器的效率η=0.98。由能量平衡可列方程： 第二級(jí)低壓加熱：g(h-h)hes,2抽汽,2疏水,2η+g(h-h)hg=0.0586-0.0181ahes,2第一級(jí)低壓加熱：g(h-h)hes,1抽汽,1疏水,1η+g(h-h)ηh+(gs,rhhg=0.0541-0.0132ahes,13.4分離器分離的飽和水份額gs,dea高壓缸排出的蒸汽，一部分(份額為c)直接排到除氧器，加熱除氧器的給水，其余部分經(jīng)過分離器，干度由85.97%升到99.5%，分離的飽和水g排到除氧器，分離的蒸汽a經(jīng)再s,dea熱器加熱流入低壓缸做功。由質(zhì)量守恒：(a+gs,dea)*85.97%=a*99.5%g=0.1574as,dea3.5除氧器熱力計(jì)算流進(jìn)除氧器的工質(zhì)有：再熱、回?zé)崾杷甮+g+g+g，分離器疏水g、給水bs,rh1s,rh2hes,1hes,2s,dea (=a+g)，高壓缸排汽c，流出除氧器的工質(zhì)是份額為1的飽和給水，h給水=624.352kJ/kg。s,fwp除氧器為混合換熱器，換熱效率為100%。進(jìn)出穩(wěn)壓器的各股工質(zhì)的流量和焓值將下表：疏水疏水gs,rh1+gs,rh2+ghes,1+ghes,2高壓缸排汽c流進(jìn)給水b(=a+g)s,fwp分離器疏水gs,dea排污凈化蒸汽焓值h(kJ/kg)748.182482.308528.436721.131256.60.11283+0.1198aca+0.01760.1512a0.0105流出除氧器給流出除氧器給水625.9790105由質(zhì)量守恒：ΣL=(0.1113+0.1297a)+c+(a+0.0176)+0.1512a+0.0105=1.0105:Σ(Lh)流入流入=748.18*(0.11283+0.1198a)+721.13*0.1512a+1256.6*1256.6=625.979*1．0105=632.552由以上兩個(gè)方程解得：a=0.6696c=0.01442482.308*c+528.436*(a+0.0176)+b=a+g=a+0.0176=0.687s,fwpg=gs,rh1g=gs,rh2ghes,1=ghes,2=g=gs,dea0.0766a=0.04850.0838a=0.05260.0535-0.0106a=0.04530.0578-0.0201a=0.04650.1512a=0.1053.6低壓給水加熱器耗汽份額g、g、g、gles,1les,2les,3les,4h=97.543kJ/kg，低壓給水加熱器的蒸汽份額為fw機(jī)抽汽壓力下對(duì)應(yīng)的濕蒸汽的焓值，疏水焓值h值，具體值見下表，加熱器的效率η=0.98。hg(i=1、2、3、4)，抽汽焓值h為汽輪les,i抽汽為給水加熱器蒸汽側(cè)溫度對(duì)應(yīng)飽和水的焓回?zé)峒?jí)數(shù)第一級(jí)第二級(jí)抽汽量gles,igles,1gles,2抽汽焓值h(kJ/kg)2422.222549.20疏水焓值h(kJ/kg)247.60345.58 第三級(jí)第四級(jí)ggles,32670.33les,42786.14443.99542.62由能量平衡可列方程：第四級(jí)低壓加熱：g(h-h)η=bΔhles,4抽汽,4疏水,4hfwgles,4=0.0444b=0.0305第三級(jí)低壓加熱：les,3抽汽,3疏水,3hles,4疏水，4疏水,3les,3抽汽,3疏水,3hles,4疏水，4疏水,3hg=0.0447b=0.0294les,3第二級(jí)低壓加熱：g(h-h)η+(g+g)(h-h)η=bΔhles,2抽汽,2疏水,2hles,3les,4疏水，3疏水,2hfwg=0.0452b=0.0284les,2第一級(jí)低壓加熱：g(h-h)η+(g+g+g)(h-h)η=bΔhles,1抽汽,1疏水,1hles,2les,3les,4疏水，2疏水,1hfwg=0.0458b=0.0275les,13.7高壓缸比功率n高高壓缸進(jìn)口蒸汽焓值h=2771.1405kJ/kg，一級(jí)再熱器抽汽g、兩級(jí)高壓抽汽g、初始s,rh1hes,1g抽汽焓值見下表,汽輪機(jī)組機(jī)械效率η=0.99，發(fā)電機(jī)功率η,0.99hes,2mge高高壓缸出口蒸汽2482.3080.7894抽汽gs,rh12642.6580.0485抽汽ghes,22562.8420.0453焓值h(kJ/kg)抽汽ghes,12498.2010.0465 蒸汽在高壓缸內(nèi)膨脹做功n=η*η*[ΣL*(h-h)]高mge初始流入=0.99*0.99[0.7894*(2771.1405-2482.308)+0.0485*(2771.1405-2642.658)+0.0465*(2771.1405-2498.201)+0.0453*(2771.1405-2562.842)]=256.482kw/kg3.8低壓缸比功率n低低壓缸進(jìn)口蒸汽焓值h=2993.618kJ/kg，四級(jí)低壓抽汽g、g、g、g，抽初始les,1les,2les,3les,4汽焓值見下表,汽輪機(jī)組機(jī)械效率η=0.99，發(fā)電機(jī)功率η,0.99mge低低壓缸出口蒸汽2277.7920.5715抽汽gles,32670.3260.0294抽汽gles,12422.2240.0275抽汽gles,22549.2030.0284焓值h(kJ/kg)抽汽gles,42786.1430.0305蒸汽在低壓缸內(nèi)膨脹做功n=η*η*[ΣL*(h-h)]低mge初始流入=0.99*0.99[0.5715*(2993.618-2272.1753)+0.0273*(2993.618-2422.224)+0.0282*(2993.618-2549.203)+0.0292*(2993.618-2670.326)+0.0302*(2993.618-2786.143)]=453.221kw/kg3.9電廠效率ηe，npp汽輪機(jī)總比功n=n+n=709.703kw/kg高低蒸汽發(fā)生器蒸汽產(chǎn)量D=Ne/n=1000000/709.703=1409.039kg/sS蒸汽發(fā)生器給水焓h=828.048kJ/kg，排污水焓值h‘=1256.6kJ/kg，新蒸汽焓值h=fwsfh2771.338kJ/kg，一回路效率η=0.995，排污率ζ=0.01051d由能量蒸汽發(fā)生器平衡方程：Ds[(h-h)-