核动力系统设备

1、1 区分第一代和第二代核电厂的关键是什么？工业标准、法规、确定论安全分析方法系统、规范、科学2 区分第二代和第三代核电厂的标准是什么？用户要求文件URD、欧洲用户要求文件EUR3 第四代核电厂相比第三代核电厂的优越性何在？经济、安全、无须厂外应急、防核扩散热力循环：反应堆冷却剂系统（一回路）、蒸汽和动力转换系统（二回路）、循环水统（三回路） 电力生产：一回路、二回路、三回路、发电机、输配电系统，简称为堆、机、电三大核心 核岛(nuclear island)：一回路系统、核岛辅助系统、专设安全设施及厂房 常规岛(conventional island)：二回路及其辅助系统和厂房配套设施( BOP

2、: Balance of Plant)：除核岛、常规岛的其余部分配套设施（BOP）a.直接为生产服务的:如除盐水,压缩空气,辅助锅炉等b.保证设施:如在役检查,辐射监测,废物实验室,环境监测,气象等c.厂区设施:如保安,海工构筑物,消防,排水d.服务设施:计算机系统(控制,模拟,应急,管理);文档管理,通讯,培训中心与模拟机大亚湾核电厂共有348个系统 厂址自然条件和技术要求厂外电源（2套以上）、周边设施辐射安全要求 居民剂量限值（5mSv/a）、按反应堆厂房与汽轮机厂房的相对位置,有T型与L型布置：T型:汽轮机叶片旋转平面与安全壳不相交 L型:汽轮机叶片旋转平面与安全壳相交 我国采用T型布置

3、 对设备的安全功能及按其对安全的重要性进行分级，从而既保证安全性，又避免对设备要求过于严而影响经济性 安全分级的目的是提供用于设备设计、制造、检验、试验的规范和标准安全功能:(3C) 1 安全停堆和维持安全停堆状态； 2 停堆后余热导出；3 事故后防止放射性物质释放超过容许极限 一级与二级的区分：一回路承压边界内部件，破损后正常补水不足以补偿 两个不同安全级系统的接口，属于其中较高的等级抗震分级 抗震分为I、II类和非抗震类（NA）反应堆冷却剂系统(Reactor Coolant System)又称为一回路(primary circuit)系统。 功能 冷却剂载热；余热排出 慢化剂慢化；反射层

4、 溶剂可溶毒物硼 压力边界承压；裂变产物屏障 稳压器防止DNB；超压保护 正常功率运行时将堆内产生的热量载出，并通过蒸汽发生器传给二回路工质，产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。 在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰变热。 冷却剂作为可溶化学毒物硼的载体，并起慢化剂和反射层作用。 压力边界构成防止裂变产物释放到环境中的一道屏障。 稳压器用来控制一回路的压力，防止堆内发生偏离泡核沸腾，同时对一回路系统实行超压保护。 按照功能，反应堆冷却剂系统可分为冷却系统、压力调节系统和超压保护系统。 冷却系统由反应堆冷却剂泵、反应堆和蒸汽发生器及相应的管道组成。 压力调节系统由稳压器的加热和喷淋装置及相应

5、管线组成。 超压保护系统由稳压器的安全阀、卸压阀以及卸压箱及相应管道组成。 正常功率运行时，反应堆冷却剂泵使冷却剂强迫循环通过堆芯。流经堆芯的冷却剂载热遵循下述关系：堆芯热功率/kW 冷却剂质量流量/kg/s 冷却剂比定压热容/kJ/(kgK)冷却剂入口温度/K 冷却剂出口温度/K 燃料元件表面的放热过程遵循下述关系：堆内燃料棒总热功率/W 燃料元件总表面积/m2 冷却剂平均温度/K燃料元件表面平均对流换热系数/W/(m2K) 燃料元件表面平均温度/K在发生全厂断电事故时，主泵停转，冷却剂失去强迫循环。如何去除堆内衰变热？（1）在反应堆冷却剂泵电动机顶部装飞轮，延长主泵断电后的惰转时间，增加泵

6、的惯性流量，保证断电后短时间内有足够的流量通过堆芯。（2）在一回路设备布置上，应使蒸汽发生器的位置高于反应堆压力容器，以便建立和保持一个自然循环驱动头。 在一回路出现两相流的情况下，必须考虑流动的不稳定性问题。原理上，增加堆芯与蒸汽发生器间的高度差仍然有效，但增加的办法更倾向于降低堆芯高度，拉长反应堆压力容器而不是抬高蒸汽发生器。 压力调节系统由稳压器的加热和喷淋装置及相应管线组成。 当压力升高至超过设定值时，压力控制系统调节喷淋阀，由冷管段引来的过冷水向稳压器汽空间喷淋降压； 若压力低于设定值，压力控制系统启动加热器，使部分水蒸发，升高蒸汽压力。 超压保护系统由稳压器的安全阀、卸压阀以及卸压

7、箱及相应管道组成。 当一回路系统的压力超过限值时，装在稳压器顶部卸压管线上的安全阀开启，向卸压箱排放蒸汽，使稳压器压力下降，以维持整个一回路系统的完整性。核电厂一回路一般采用24条环路并联形式。 一般压水堆核电厂一回路系统的工作压力约为15.5MPa左右。设计压力取1.101.25倍工作压力；冷态水压试验压力取1.25倍设计压力。 冷却剂出口温度越高，电厂热效率越高，但冷却剂出口温度的确定应考虑以下因素：1.燃料包壳温度限制：抗高温腐蚀性能2.传热温差的要求：燃料表面与冷却剂间应有1015温差3.冷却剂过冷度要求：为保证流动的稳定性和有效传热，冷却剂应具有20左右的过冷度 工作压力15.5MP

8、a左右； 冷却剂进口温度取280300，出口温度取310330。核电厂变工况时，平均温度变化允许的最大温差为1725。反应堆的设计温度为350。 单环路对应的电功率为300 MW时，冷却剂总质量流量可达到15000 t/h21000 t/h（每10 MW热功率160250 t/h）。主管道内冷却剂流速可达15 m/s，一回路系统的总阻力约为0.6MPa0.8 MPa。水堆核电厂一围 反应堆冷却剂系统的所有设备、阀门及管道，全部安装在安全壳内。 各类仪表，宽量程用于指示，窄量程用于控制保护 系统主要参数随负荷(load)的变化关系1. 正常运行 一回路核电厂正常运行功率运行(2%PR)最佳稳态运

9、行基本负荷运行正常瞬态运行负荷跟踪过程中的功率变化1)稳态运行稳压器自动控制状态，额定压力(15.5MPa)、程序水位(20%64%)，冷却剂平均温度291.4310oC目前系统特性设计方案： 反应堆进口水温基本不变 一回路平均温度随负荷增加而升高 二回路蒸汽温度随负荷增加而降低 由堆芯、堆芯支撑结构、反应堆压力容器及控制棒传动机构组成。 在典型的燃料管理方案中，初始堆芯分成三个燃料浓集度不同的区，在堆芯外区放置浓集度较高的燃料组件，浓集度较低的燃料组件以棋盘的形式排列在堆芯的内区。 黑棒束组件：24根Ag-In-Cd吸收棒安全控制 灰棒束组件：8根Ag-In-Cd吸收棒+16根不锈钢(ss)

10、灰棒功率调节2)可燃毒物组件 由装在不锈钢包壳管中的含硼玻璃管(成分为B2O3+SiO2)组成，用于抵消新堆芯第一次装料大部分过剩后备反应性。4)初级中子源棒组件 为监督初始堆芯装料和反应堆启动提供所需的中子源，锎-252被广泛用作为初级中子源5)次级中子源棒组件 次级中子源棒组件用于反应堆满功率运行两个月后的反应堆停堆后再启动。次级中子源由叠放在一根不锈钢管中的锑-铍(Sb-Be)芯块组成。 反应堆压力容器(Reactor PressureVessel: RPV)支承和包容堆芯和堆内构件，工作在高压(15.5Mpa左右)、高温含硼酸水介质环境和放射性辐照的条件下，寿命不少于40年。 对材料要

11、求：高强度，耐腐蚀，抗辐照 进出口管嘴位于高出堆芯上平面的同一个水平面上。 金属材料高温下，显示塑性；低温下，显示脆性；存在脆性转变温度(NDTT: NilDuctility Transition Temperature)。 辐照会导致脆性转变温度升高。控制棒要求 正常工况下移动缓慢，约10mm/s 事故停堆时自动落入堆芯，约2.6s完全插入反应堆冷却剂泵（主泵）(Reactor coolantpump)的功能是为反应堆冷却剂提供驱动压头，保证足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器，产生推动汽轮机做功的蒸汽。 反应堆冷却剂泵可分为两大类：屏蔽电机泵和轴封泵。现代压水堆核电

12、厂使用最广泛的冷却剂泵是立式、单级、轴密封泵优点： 采用常规的鼠笼式感应电机，成本降低，效率提高，比屏蔽泵效率高10%20%； 电机部分可以装一只很重的飞轮，提高了泵的惰转性能，从而提高了全厂断电事故反应堆的安全性； 轴密封技术同样可以严格控制泄漏量； 其基本功能是将泵轴的机械能传递给流体并变为流体的静压能。冷却剂泵的电动机是立式、鼠笼、单速三相感应式，采用防滴结构，停运后加热器自动启动，防止受潮)，由空气冷却，而空气由两台热交换器用设备冷却水冷却。 组成：轴承、飞轮、防逆转装置、电动机定子空气冷却器一个飞轮用键固定在电动机轴的顶端，以增加反应堆冷却剂泵机组的转动惯量，从而延长泵的惰转时间 位

13、于泵水力机械部分和电机之间，作用：保证在电厂正常运行期间从反应堆冷却剂系统沿主泵泵轴向安全壳气空间的反应堆冷却剂泄漏量基本为零。 三级密封：自下而上依次称为1号、2号、3号密封 从化学和容积控制系统引来的高压纯净轴封水在泵下部径向轴承和1号密封之间注入，之后一路向下冷却泵轴承，一路向上进入密封段。 1号密封位于泵轴承上方，它是密封组件中最重要的部件，又称主密封。2号密封的主要作用是阻挡1号密封的泄漏，将其导向化容系统 3号密封是一个具有摩擦面的双侧型密封，作用是将2号密封的泄漏引导到疏水箱（属于排气疏水系统，废物处理系统之一）。 泵(Pump)是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械

14、。按原理分类： 叶轮泵(透平泵)：离心泵，轴流泵，混流泵，旋涡泵体积流量(Volumetric flow)qv 指单位时间内泵输送的流体体积，m3/h。扬程(Lift/ Head of delivery)H 泵所输送的单位重量流体流经泵所获取的能量，以液柱高表示。单位重量的液体所具有的能量在水力学中称为水头(Head)。转速(Revolving speed)n 泵叶轮每分钟转数，r/min。叶轮泵的主要特性参数功率(Power) 泵功率指原动机输送给泵轴上的功率，又称为轴功率，记为P。有效功率单位时间内，泵对流经的液体所作的有效功率，记为Pef，单位都是kW。蒸汽发生器是分隔一、二次侧介质的屏

15、障，它对于核电厂的安全运行起十分重要的作用 压水堆核电厂运行经验表明，蒸汽发生器传热管断裂事故在核电厂事故中居首要位。传热管是整个一回路压力边界中最薄弱的部分。 按照二回路工质流动方式：自然循环蒸汽发生器和直流(强迫循环)蒸汽发生器； 在压水堆核电厂使用较广泛的有三种：立式U形管自然循环蒸汽发生器、卧式自然循环蒸汽发生器和立式直流蒸汽发生器。 其中立式U形管自然循环蒸汽发生器应用最为广泛 包括上封头、上筒体、锥形过渡段、下筒体。蒸汽出口管嘴中有若干文丘里管限流器，限制蒸汽管道破裂时的蒸汽流量，以防事故时一次侧过度冷却。 上筒体有给水管嘴和人孔；下筒体底部有若干检查孔。f 二次侧流量分配装置 给

16、水环位置稍低于第一级汽水分离装置，运行时淹没水面以下。焊有倒J形管，以避免水排空，防止给水再次进入时，过冷水使蒸汽迅速凝结发生水锤现象。 分布不均匀，热侧较多，使两侧含汽率大致相等。流量分配板与U形管束中间设置的挡块相结合，保证在平面上给水分布大致均匀并以足够大的流速冲刷管板表面。 二次侧工质的流动靠强迫循环稳压器(Pressurizer) 建立并维持一回路系统压力，防止容积沸腾： 稳态：压力恒定 瞬态：压力变化小于限定值 事故：防止超压 作为一回路的缓冲容器，吸收水容积的迅速变化 在稳压器的底封头上安装有电加热器 在顶封头上装有喷淋管线和安全阀接管。 喷淋由主泵出口与喷头间压差驱动，主泵停运

17、时由上充泵提供辅助喷淋。 稳压器压力先导阀压力整定值传动杆进一步向下先导阀R2开启主阀活塞上部容纳的流体排出安全阀开启。 稳压器卸压箱(Pressurizer relief tank)接受安全阀排放的蒸汽，使之冷凝和降温，以保证一回路压力边界完整性。稳压器的压力就代表了一回路的压力。 反应堆冷却剂温度改变冷却剂密度变化冷却剂体积的膨胀或收缩稳压器汽腔的膨=胀或收缩压力波动喷淋和加热器工作的情况 稳压器压力降低到某整定值：加热使部分水蒸发为饱和汽； 稳压器压力高于某整定值：喷淋装置向汽空间喷洒过冷水使部分蒸汽凝结 涌入过冷水过多：启动备用加热器将涌入的冷水加热至饱和状态保持稳压器内的水处于饱和状

18、态 通过改变汽空间蒸汽密度实现压力调节。 I 最小蒸汽容积 II 最小水容积 III 稳定液位变化容积 稳定功率变化容积 液位计测量误差容积 温度测量及控制死区容积一回路主要辅助系统1 化学和容积控制系统 2 反应堆硼和水的补给系统 3 余热排出系统 4 设备冷却水系统5 重要厂用水系统 6 换料水池和乏燃料池冷却和净化系统7 废物处理系统 8 核岛通风空调及空气净化系统化学和容积控制系统(Chemical and VolumeControl System, CVCS/RCV)主要功能如下: 1)通过改变反应堆冷却剂的硼浓度,对堆芯进行反应性控制； 2)维持稳压器的水位,控制一回路系统的水装量

19、； 3)对冷却剂水质进行化学控制和净化,减少设备腐蚀,控制裂变产物和腐蚀产物的含量,降低放射性水平；4)向反应堆冷却剂泵提供轴封水；5)为反应堆冷却剂系统提供充水和水压试验手段； 6)对于上充泵兼作高压安注泵的化容系统,事故时用上充泵向堆芯注入应急冷却水。 改变冷却剂硼浓度向一回路注入浓硼酸或纯水同时排出等量的一回路水 适于控制较慢的反应性变化 对于补偿快速的反应性变化, 必须采用控制棒。 在较高的硼浓度下,可能出现正的慢化剂温度系数1）启动及停堆 冷停堆前,应提高冷却剂硼浓度,以提供足够的停堆深度;反应堆启动前，应使冷却剂硼浓度减小到临界所需的范围。2）补偿燃耗 通过注入除盐水来实现3）反应

20、堆检修及换料保持必须的停堆深度4）负荷变化 也可通过改变硼浓度实现容积控制 在正常的变功率运行过程中,该系统维持稳压器的程序水位。 对于一回路小的泄漏,由化容系统提供足够的补给水。化容系统在设计规定的燃料包壳破损率(一般为0.5%)情况下,应能保证冷却剂达到规定的放射性水平和水质指标。（1） 放射性来源 裂变产物的释放（绝大多数）； 水及其中杂质的活化； 腐蚀产物的活化； 化学添加物的活化 实验证明，裂变产物的释放速度正比于它在燃料中的累积量。 冷却剂中裂变产物的放射性大小取决于三个因素：裂变产物逃逸率；核素衰变；净化作用、裂变产物沉积等原因造成的裂变产物损失 腐蚀带来的问题尤为重要。腐蚀除了

21、能引起结构材料破坏外,也是裂变产物释放和腐蚀产物活化的根本原因。防止腐蚀是冷却剂化学的中心任务。 水中游离氧的存在是造成金属材料腐蚀的重要原因。 冷却剂保持较高的pH值，能使腐蚀产物从堆内迁移至堆外。 核电厂正常运行时的下泄流：一回路冷管段下泄隔离阀（13.6 m3/h）再生热交换器的壳侧（ 140）节流孔板（2.4MPa）下泄热交换器的管侧（约46）下泄压力控制阀过滤器（滤去水中5以上的悬浮颗粒）温控三通净化段正常下泄实际上有两次降温降压： 第一次在安全壳内的再生热交换器和其下游的节流孔板，从15.5MPa 、291.4降至2.4MPa、140左右 第二次通过安全壳外的下泄热交换器及其下游的

22、下泄压力控制阀 过滤器：前置过滤器：拦截悬浮颗粒；后置过滤器：清除树脂碎片 离子床：两台并联的混合离子床（硼酸型阴离子树脂和锂型阳离子树脂）：除去大多数离子状态的裂变产物和腐蚀产物，可连续运行一台阳离子床(H型)：除去铯、钇、钼和过量的锂离子（10B（n, ）7Li），间歇运行 收集和容纳下泄流，为一回路冷却剂提供容积补偿 作为高位水箱，为上充泵提供净正吸入压头 上部的气空间起到去除放射性气体和加氢作用。下泄流从顶部的喷头喷出，雾化，增加了气液传质表面，释放出冷却剂中的部分气态裂变产物，同时吸收部分氢气。 下泄流最后进入容积控制箱 上充泵出口水： 上充：上充流量调节阀再生换热器一回路冷段 主泵

23、轴封：轴封水流量调节阀主泵 辅助喷淋：稳压器 一般有三台上充泵：正常运行、维修备用、应急备用反应堆硼和水补给系统 为一回路系统提供除气除盐含硼水，辅助化容系统实现容积控制； 为进行水质的化学控制提供化学药品添加设备； 为改变反应堆冷却剂硼浓度，向化容系统提供硼酸和除气除盐水； 为换料水贮存箱、安注系统的硼注入罐提供硼酸水和补水，为稳压器卸压箱提供喷淋冷却水，为主泵轴封蓄水管供水。 硼和水补给系统由水补给、硼酸制备及补给和化学添加三个子系统组成。 降低硼浓度：硼浓度高时，可直接加水稀释，而硼浓度低时，则采用除硼的办法。 硼和水补给系统向化容系统的（正常）补给方式有5种：自动补给、稀释、快稀释、硼

24、化及手动补给。 事故情况下，还有紧急硼化补给方式 容控箱水位过低时还有换料水箱补给方式 自动补给方式补给与当时一回路硼浓度相同的含硼水，它主要用于容积控制快稀释: 此种补给方式与稀释的区别在于补给纯水直接注入到容控箱下游的上充泵供水管，因而见效较快硼化:将除盐除气水隔离，将700010-6硼浓度的硼酸溶液注入到上充泵入口侧，以提高冷却剂硼浓度手动补给 用来向换料水贮存箱或其它临时连接的某些地方增加预定量的硼酸水溶液余热排出系统 停堆后第二阶段，排出堆芯和一回路热量； 冷停期间，换料或维修操作时，排出余热，维持一回路温度低于60； 电厂加热升温初期，控制一回路平均温度； 换料操作后，将换料水从换

25、料水池输送至换料水箱 余热：1.堆芯剩余发热2.一回路水和设备的显热3.运行的主泵产生的热量 除了失水事故外，其它事故引起的停堆后余热排出系统也用来排出上述热量。 设备冷却水系统 冷却核岛内需要冷却的介质设备； 作为中间冷却回路，通过重要厂用水系统将热量传送给海水。兼作阻止放射性物质进入环境水体的屏障； 在事故工况下作为专设安全设施的支持系统，将热量经重要厂用水系统排入环境。重要厂用水系统或核岛重要生水系统功能： 冷却设备冷却水，将设备冷却水传输给的热量排入环境水体，是核岛的最终热阱。 是专设安全设施系统的支持系统，无论在电厂正常运行还是事故工况，都必须将设备冷却水系统传输的热量排入海水。 重

26、要厂用水系统运行的系列和运行泵的数目须与设备冷却水系统相匹配。 反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统 冷却乏燃料水池 去除换料水池和乏燃料水池中的腐蚀产物、裂变产物和水中悬浮杂质料水池和乏燃料池冷却和处理系统 向换料水池和乏燃料池充水和排水，保证足够水层，提供生物防护，保证乏燃料处于次临界状态； 为安注和安喷系统提供含硼水； 换料或检修期间，当一回路处于开启状态，余热排出系统不可用时，用来冷却堆芯。反应堆换料水池及净化系统）反应堆换料水池 位于反应堆厂房安全壳内 由反应堆压力容器正上方的部分换料腔和与它相通的堆内构件储存池组成 四周和底面衬有不锈钢板 换料前才充水乏燃料水池及净化系统）乏燃

27、料水池 位于燃料厂房 由燃料元件输运池、乏燃料装卸罐储存池、乏燃料装卸罐冲洗池组成，由气密闸门加以隔离 换料时，打开燃料输运通道，与换料水池相通1. 放射性废水有哪些处理工艺？离子交换、蒸发、超细过滤、膜分离2. 冷却剂中的氚有哪些来源？三元裂变、6Li和10B的中子反应、氘活化3. 当前对含氚废水如何处理？稀释排放4. 硼回收系统分为哪些部分？净化、硼水分离、除硼5. 硼回收系统处理得到的核纯级水和硼酸补充到了哪里？硼和水补给系统的补给水箱（除盐水罐）、硼酸补给箱（硼酸罐）6. 用于硼水分离的主要装置是什么？硼回收系统的蒸发装置7. 高放废水和低放废水处理的工艺？高放废水：过滤、蒸发、离子交

28、换；低放废水：过滤、离子交换、蒸发、直排10. 高放固体废物的处理工艺是哪种？水泥固化1. 核电厂建筑物内部按放射性水平分为哪几区？非限制区（清洁区、1区），限制区（较脏区、2区），控制区（最脏区，3区）2. 核岛通风系统有哪几种空气过滤器？预过滤器、高效空气过滤器、碘吸附器（除碘器）3. 对较高放射性剂量的和较低放射性剂量的排放位置有何不同？前者必须高空排放，后者可以从屋顶直排5. 上述系统中，消氢装置属于哪个？安全壳内大气监测系统6. 安全壳空气净化系统、上充泵房应急通风系统什么情况下启动？壳内发生放射性污染；核辅助厂房通风系统不能维持上充泵房温度要求（前者停运；温度46；高压安注） 理想

29、循环 核能热能机械能：由热力循环实现 实际采用改进的朗肯循环（图），而不采用卡诺循环，因为：1）汽轮机要求蒸汽湿度不能太高绝热膨胀段要在过热蒸汽区2）泵要求流体比体积不能太大绝热压缩段要在过冷水区 实际循环的定量经验性评价方法：1）效率法效率：通过某装置、设备的有效能量占供给能量的百分数 表征：热功转换效果2）熵分析法熵(Entropy)：可逆过程中工质与外界交换的热量与温度比值的积分。表征：不可逆过程的熵增导致可用功损失3）火用分析法火用(Exergy)：即可用能（有效能）。当系统由任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他形式的能量。 表征：理论上所能做的最

30、大有用功 典型的不可逆过程：1.有温差的换热2.有压降的绝热节流3.有摩阻的绝热膨胀（压缩）4.两种介质混合 汽轮机内效率：作功蒸汽的实际比焓降/可用比焓降1. 提高热力循环平均吸热温度2. 降低平均放热温度3. 减少传热温差4. 减少节流损失5. 减少散热损失6. 提高热功转换设备的效率电厂毛效率(Gross efficiency): 发电机输出电功率与反应堆热功率之比。 电厂净效率(Net efficiency): 电厂输出净功率与反应堆热功率之比。 电厂毛效率因素： 理想朗肯循环热效率(0.400.54) 汽轮机相对内效率(0.800.88)汽轮机组机械效率(0.960.99) 发电机效

31、率(0.970.98)管道热效率(0.980.99) 设备热效率(0.980.99 汽耗率(Steam rate): 汽轮发电机组发1kWh电力所消耗的蒸汽量。标 汽耗量(Specific steam consumption): 汽轮发电机组输出额定电功率所需要的蒸汽量。 热耗量(Heat consumption): 汽轮发电机组发1 kWh电力所消耗的热量。 热耗率(Heat consumption rate): 汽轮发电机组输出额定电功率所消耗的热量。核燃料年消耗它比一年实际要装入或卸出的核燃料质量少得多！蒸汽初压、背压一定：1)初温蒸汽作功凝汽器放热热效率2)初温乏汽干度湿汽损失汽轮机相

32、对内效率可见，提高初温一定能提高热经济性蒸汽初温、背压一定：1)初压水蒸汽饱和温度吸热平均温度（但极高压力下反而）热效率2)初压乏汽干度湿汽损失汽轮机相对内效率 结论：提高蒸汽初压同时提高初温，才能达到提高循环热效率的最佳效果研究表明：若热力循环和蒸汽的参数已定，排汽参数下降循环热效率升高循环水温度：是蒸汽循环排汽温度的理论极限循环水温升及凝汽器端差 构成排汽温度的技术极限循环水温所需循环水流量循环水泵功率循环水温所需凝汽器传热面积循环水温环境影响二回路温度一回路温度 但一回路不能太热！二回路温度蒸汽发生器传热温差但传热不能太回热：利用本来要放给低温热源的热量回热工质，以减少工质从高温热源吸收

33、的热量 减少同功率下，向冷源的放热 减少同高温热源时，工质加热时的温差，减小不可逆损失 下面的推导以理想回热循环为前提：混合式加热器、无端差、无抽汽压力损失、无泵耗功、无散热损失 回热循环热经济性取决于：回热加热分配比t、相应最佳给水温度tfw和回热级数Z 相比纯凝汽式循环，热耗率，给水比焓回热循环经济性随回热级数增加而提高，提高的幅度随级数增加而递减； 给水温度一定，热经济性随回热级数增加而提高，提高的幅度随级数增加而递减； 任一回热级数，均有对应的最佳给水温度，此温度随回热级数增加而提高，提高的幅度随级数增加而递减； 任一回热级数，有所偏离最佳给水温度影响亦不大压水堆核电厂用新蒸汽作为再热

34、热源，主要目的是提高蒸汽在汽轮机中膨胀终点的干度，以减小湿蒸汽所引起的汽轮机内部损失， 以提高机组效率。最佳的再热压力下，高压缸和低压缸的出口蒸汽湿度大致相当 在现有的PWR核电厂蒸汽初参数条件下，一次汽水分离再热就足够了 汽轮机(Steam turbine)是将蒸汽的热能转换成机械能的涡轮式动力机械 主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。汽轮机还可以直接用来驱动泵，以提高电厂的经济性或安全性。 汽轮机，及保证汽轮机正常工作的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，合称为汽轮机设备。 在火电厂和核电厂，汽轮机带动发电机发电，将汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组。 核汽轮发电机组的设备组成：

35、汽轮机(Turbine)、汽轮机保护装置、调节装置、供油系统、发电机(Generator)、励磁机(Exciter )、凝汽器(Condenser)、抽气器(Air extractor / Airextracter)、循环水泵(Circulating water pump)、凝结水泵(Condensate removal pump)、低压(LP)加热器(Heater)、高压(HP)加热器、除氧器(Deaerator)、汽水分离再热器(Moistureseparator reheater)、给水泵(Feed water pump 作完功的蒸汽称为乏汽（排汽）(Exhauststeam) 由于汽轮

36、机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。 即使不考虑氧气的腐蚀后果，空气在凝汽器内积累乏汽压力 汽轮机有用功; 乏汽凝结放热 热循环效率级由一列喷嘴叶栅（静叶栅:Stationary blade）和一列动叶栅(Moving blade;moving vane)蒸汽在静叶栅中膨胀降压，完成热能向动能的转化 蒸汽先对动叶栅产生冲动力，然后在动叶栅中继续膨胀加速，对动叶产生反作用力，完成动能向机械能的转化 当一运动物体碰到另一静止的或运动速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同时给阻碍它的物体一个作用力，这个作用力称为冲动力(Impul

37、se force)。 蒸汽质量流密度；蒸汽速度变化蒸汽对动叶的冲动力反动度是蒸汽在动叶内膨胀时的理想比焓降与级的滞止理想比焓降之比：纯冲动级； m0 做功能力大，但效率较低带反动度的冲动级，做功能力大比反动级大，效率比纯冲动级高，应用广泛。速度级；有两列动叶栅的叫复速级。 做功充分，可以设计成带有一定反动度以提高效率。反动级；m 0.5 做功能力较低，效率较高。实际使用中，往往把单列冲动级和反动级称为压力级，速度级按单列、多列分类。 在喷嘴调节的汽轮机中，第一级的流通面积依据负荷而改变，称为调节级。凝汽式汽轮：进入汽轮机的蒸汽全部排入凝汽器的汽轮机背压式汽轮机 排汽压力高于大气压力的汽轮机调节

38、抽汽式汽轮中间再热式汽轮： 新蒸汽经汽轮机前几级作功后，全部引至加热装置再次加热到某一温度，然后再回到汽轮机继续作功的汽轮机按工作原理分类冲动式汽轮机(Impulse steam turbine)反动式汽轮机(Reaction steam turbine) 按反动作用原理工作的汽轮机混合式汽轮机蒸汽在喷嘴中的流动损失包括：蒸汽与喷嘴壁面的摩擦损失、蒸汽内部质点间的摩擦损失，以及蒸汽在喷嘴内产生的涡流损失等。蒸汽对喷嘴的速度绝对速度 动叶栅圆周速度牵连速度蒸汽进出动叶的速度相对速度纯冲动级最佳速比： 反动级最佳速比：问 1. 动叶上圆周力Fu越大，轮周效率就越高 2. 圆周速度u越大，轮周效率就

39、越高 都是错的，为什么？先分析纯冲动级，前提：不考虑摩擦损失，也不考虑动叶对蒸汽作正功的情况喷嘴损失：是由蒸汽流过喷嘴和动叶时汽流之间的相互摩擦及汽流与叶片表面之间的摩擦形成的。动叶损失：蒸汽流经动叶时，由于汽流与动叶表面发生摩擦和涡流，也会产生做功能力的损湿汽损失：在湿蒸汽区工作的汽轮机级因以下因素而损失有用功：1.湿蒸汽中存在的水滴不 能在喷嘴中膨胀加速；2.水滴被蒸汽加速；3.水滴冲击动叶进口边的背弧；4.水滴冲击下级喷嘴的进口壁面扰乱汽流。部分进汽损失：对于不采用整个圆周进汽的汽轮机，动叶进入没有喷嘴弧段的空间时，动叶要带着蒸汽旋转，因此要消耗一部分机械功鼓风损失。喷嘴射出的汽流要先将

40、工作叶片前的滞汽吹走，并使之加速；间隙中的漏汽干扰进汽斥汽损失/弧端损失余速损失：是蒸汽离开动叶后仍具有的动能，对单级汽轮机来讲其余速全部成为损失；对多级汽轮机，在结构上采取一些措施可以部分利用余速的动能，未被利用的能量成为本级的余速损失，这部分损失重新又变成热能，为蒸汽吸收而使比焓值增加。扇形损失：叶栅的槽道截面呈扇形，因此叶顶叶根的圆周速度、蒸汽参数受离心力作用，都不同于动叶平均直径处的数值。蒸汽流过时产生的附加损失扇形损失。因为级是按平均直径处的理想比焓降来设计的。平均直径以外的高度出口汽流将撞击下一级叶片背弧或凹弧，而且也将偏离最佳叶片间距。轮盘摩擦损失：叶轮在汽室中旋转时，由于蒸汽的

41、粘性和内摩擦及外摩擦，对旋转的叶轮产生阻力，消耗掉一部分有用功。同时由于靠近叶轮表面的蒸汽质点速度较高，其本身的离心力较大，而靠近隔板表面的蒸汽质点速度较低，其离心力也较小，这就使靠近隔板表面的蒸汽向叶轮中心作径向运动，形成涡流，消耗掉一部分有用功。漏气损失：由于汽轮机动静部分之间存在间隙和压差，一部分蒸汽从级间间隙流过，这部分蒸汽非但不能参与主汽流作功，而且还干扰主汽流，造成损失，称为漏汽损失。漏汽损失可分为隔板漏汽损失和叶顶（围带）漏汽损失径高比=平均高度处直径/动叶高度 径高比 扇形损失核汽轮机，蒸汽参数低，蒸汽流量大，要求低压缸叶片较长径高比解决方法：扭曲叶片进口出口角度及截面积沿叶片

42、高度变化，以适应圆周速度和汽流参数沿叶片高度的变化规律汽轮发电机功率 级内蒸汽比焓降流量级内比焓降级内压降级内膨胀出口速度 叶轮圆周速度叶轮、叶片离心力蒸汽流量 级的平均直径叶片高度叶轮、叶片离心力汽轮发电机效率 功率蒸汽初参数排汽参数蒸汽初参数 排汽参数总比焓降汽轮机级数一个带静叶栅的隔板+一个带动叶栅的叶轮=一个级蒸汽未利用的动能摩擦蒸汽热能每级比焓降较小在总比焓降很高时仍能保证在最佳速比附近工作 能利用上一级余速损失 能利用重热现象 能设计为回热式和再热式循环热效率相对内效率=1-（进排汽损失+级内损失）/新蒸汽的理想比焓降转动部件的组合体称为转子(Rotor)，它包括主轴、叶轮(或转鼓

43、)、动叶栅、联轴器及装在轴上的其他零件。 静止部分包括基础部分、台板(机座)、汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等部件，但主要是汽缸和隔板。转子按形状可分为转轮型和转鼓型。冲动式汽轮机转轮型 反动式汽轮机转鼓型 按制造工艺可分为套装转子、整锻转子、组合转子、焊接转子叶轮由轮缘、轮体（轮面）、轮壳（套装转子才有）组成。 为防轴向推力过大，轮体开有平衡孔叶片由叶型、叶根、叶顶组成 叶型：叶片的工作部分5 ）叶根：叶片与叶轮相固定的部分叶顶：叶片顶部汽缸(Cylinder)是汽轮机的外壳。汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板套、隔板、汽封等静止部件，末尾部分为排汽缸 隔板用于固定喷嘴叶片，并将整个汽缸内部空间分

44、隔成若干个汽室。 由隔板体、喷嘴叶栅、隔板外缘组成。汽轮机动静机件的密封装置。湿蒸汽的侵蚀使叶片形成海绵状表面，导致级效率下降，叶片强度下降 可能由于空蚀现象和水滴的机械作用产生汽轮机的总体结构形式包括汽缸、排汽口（流）及转轴数量和结构形式。 高参数汽轮机多缸多排大亚湾核电厂的汽轮机为英国GEC-A公司设计制造的多缸单轴系冲动式汽轮机。汽轮机为4缸、6排汽口型式采用饱和蒸汽的核电厂汽轮机特点：1.新蒸汽参数在一定范围内变化2.蒸汽参数低 二回路新蒸汽参数受一回路温度限制，而一回路温度又与一回路压力密切相关，还受限于包壳材料性质。一回路压力还受到反应堆压力容器构设计限制。3.体积流量大4.核汽轮

45、机组多数级工作在湿汽区 饱和蒸汽一膨胀就进入湿蒸汽区。连高压缸也带湿度核汽轮机特有5.采用汽水分离再热 核汽轮机组无例外地设有汽水分离再热器，这也是与火电机组的重要区6.易超速 多数级工作在湿蒸汽区，通流部分及管道（主要在汽水分离再热器）表面复盖一层水膜，发生机组甩负荷时，压力下降，水膜闪蒸为汽，导致汽流速骤增电网频率50 Hz，若发电机有两个电极，则转速应为3000 rpm（全速），若有四个电极，则转速应为1500 rpm（半速）全速： 50 Hz3000 r/min60 Hz3600 r/min 叶片受离心力更大，受湿汽侵蚀更严重，对激振更敏感半速：50 Hz1500 r/min60 Hz

46、1800 r/min 叶片可以更长，降低排汽损失，提高热效半速机适合大功率机组、全球核电3/4自动调节转速变化大，不利最可行的调节手段进汽量调节结论：设计负荷下节流调节、低负荷下喷嘴调节再热使经济性提高 用新蒸汽再热使热效率降低，但降低湿度使内效率提高，总体经济性汽水分离再热器(Moisture SeparatorReheater, MSR)功能:1. 除去高压缸排汽中的水分 2. 提高进入低压缸的蒸汽温度现代核电厂普遍采用一体化的汽水分离再热器，按结构型式，有卧式和立式的两种汽机旁外侧设有超压保护装置汽水分离器：波纹板栅板、内支承架、多孔流量分配板、水槽和下降管、疏水箱；每台汽水分离器有32

47、个栅板，分成两组可去除约98%的水分再热器：蒸汽联箱、管板、带肋片的U形传热管束、支撑板抽汽再热（一级）、新蒸汽再热二级）两级卧式MSR加热蒸汽在管内水平流动凝结放热 两相流动不稳定性；流量分配不均匀 交变热应力管束外侧下半部分裂缝水平管内两相流动流型转变解决方法：1. 让加热蒸汽在管内不完全凝结2. 用未凝结的少量（2%3%）蒸汽“扫汽蒸汽”通入扫汽管束凝结放热，减少其他管内凝结水3. 节流圈孔径依热负荷而不同凝汽器(Condenser)功能：在循环水系统、汽轮机轴封系统及真空系统的支持下，建立并维持汽轮机所要求的背压，保证汽轮机安全、可靠、经济地运行。接受汽轮机排汽及蒸汽排放系统的蒸汽，并

48、将其凝结成水。接受来自各疏水箱的疏水，经过滤除氧，保持凝结水水质，为二回路贮存供应凝结水。凝汽器是一个工作在真空条件下的表面式热交换器。设计时必须考虑的重要方面： 真空 热负荷分布 传热强化 凝结水过冷1）凝汽器的真空对电厂的运行为何重要？ 降低凝汽器内压力，可增加蒸汽在汽机内的可用比焓降，从而提高循环热效率； 凝汽器内不可凝气体分压提高时，蒸汽的凝结放热系数会明显下降； 若蒸汽分压低于混合气体总压，相应的凝结水过冷，导致凝结水中含氧量增加。2）怎样建立和维持凝汽器真空？1. 有充足的温度适当的循环水凝结蒸汽；2. 汽轮机轴封系统正常工作；3. 凝汽器真空系统不断将空气抽走。3）何时需要破坏凝

49、汽器真空？在汽轮机停机过程中，当转子转速下降至2000 rpm时使汽轮机背压提高，使汽轮机转速迅速下降，从而缩短停机时间。5）凝汽器冷却管的传热效率沿凝汽器高度方向是否均匀？为什么？不均匀。蒸汽从上向下流动过程中，体积流量急剧下降，空气分压急剧上升，而且传热温差也在下降，由此导致冷却管外侧传热效率下降。6）强化凝汽器传热的措施有哪些？1、提高循环水侧放热系数在考虑耗电量和管材腐蚀前提下，尽量提高循环水流速2、减少污垢热阻胶球清洗3、提高蒸汽侧放热系数1）合理布置管束2）凝汽器有良好的严密性3）主凝结区热负荷分布应尽量均匀407）什么是凝结水过冷？有何危害？凝汽器热井的凝结水温度常低于凝汽器入口

50、压力下的饱和温度。危害：凝结水含氧量增加压水堆核电厂二回路(Secondary circuit)热力系统=蒸汽和动力转换系统。 功能：1.作为蒸汽和动力转换系统2.将反应堆衰变热带走蒸汽发生器辅助给水系统、蒸汽排放系统、主蒸汽管道上卸压阀及安全阀3.控制来自一回路泄漏的放射性水平放射性探测和隔离装置主蒸汽系统功能：1、把蒸汽发生器产生的蒸汽2、与主给水或辅助给水系统相配合，导出反应堆热量三台蒸发器限流器三根主蒸汽管道安全壳主蒸汽隔离阀管廊 7只安全阀大气释放阀主蒸汽隔离阀及其并联的主旁路阀汽轮机厂房一根蒸汽母管汽轮机凝结水和给水回热加热系统功能：利用汽轮机抽汽对凝结水和给水加热,以提高热循环的经济性。 组成：凝结水泵、回热加热器、疏水泵、除氧器、给水泵、疏水箱、疏水冷却器及抽汽、疏水管道及阀门 从凝汽器热井到除氧器凝结水系统 从给水泵到蒸汽发生器给水系统大亚湾核电厂采用的U形管表面式卧式低压加热器， 大亚湾核电厂的高压加热器也是U形管表面式卧式热交换器，不同