压水堆核电站二回路热力系统初步设计

1、 哈尔滨工程大学本科生课程设计（二）压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书班学姓级：号：名：院系名称：核科学与技术学院专业名称：核工程与核技术指导教师：2013 年 6 月 摘要：该说明书介绍了一个1000MWe核电厂二回路热力系统设计及其设计过程。该设计以大亚湾900MWe核电站为母型，设置了一个高压缸，三个低压缸，设有两级再热器的汽水分离器，四个低压给水加热器，一个除氧器，两个高压给水加热器。一回路冷却剂系统工作压力为15.8MPa，蒸汽发生器的运行压力为6.7MPa，取分缸比为12.5，高压缸排气压力为0.7956MPa，一级再热器抽汽压力3MPa，低压缸进口过热蒸汽压力为0.7630

2、MPa,温度为268.90，冷凝器的运行压力为6.632kPa，给水温度为222.79。两级再热器分别由高压缸抽气及新蒸汽加热，疏水分别流入两级高压给水加热器。高压给水加热器由高压缸抽气加热，疏水逐级回流送入除氧器，低压给水加热器由低压缸加热，疏水逐级回流送入冷凝器。排污水经净化后排进冷凝器或除氧器，本设计采用排污水打回至除氧器方案。各级回热器和再热器的蒸汽经合理分配，经过加热器后，蒸汽全部冷凝成疏水，整个系统电厂效率为30.94%。设计时，假设蒸汽发生器蒸汽产量为1，根据选定的合理的参数值可求出给水泵的耗汽份额为6.61%，假设低压缸进口蒸汽份额为a，低压回热蒸汽、再热蒸汽、高压回热蒸汽、除

3、氧器加热蒸汽份额都可以用a表示。对除氧器列质量守恒、能量平衡方程即可求出a值，从而知道各设备的蒸汽分配。利用各设备的蒸汽分配后可求出高压缸、低压缸比做功量，根据电功率要求可求出蒸汽发生器蒸汽产量，进而求出堆芯热功率，即可得出电厂效率。对效率不满意时可调整合理调整各设备的运行参数，直至求出电厂效率满意为止。1、 设计内容及要求：1.1设计内容（1）确定二回路热力系统的形式和配置方式；（2）根据总体需求和热工约束条件确定热力系统的主要热工参数；（3）依据计算原始资料，进行原则性热力系统的热平衡计算，确定计算负荷工况下各部分汽水流量及其参数、发电量、供热量及全厂性的热经济指标；（4）编制课程设计说明

4、书，绘制原则性热力系统图。1.2设计要求（1）了解、学习核电厂热力系统规划、设计的一般途径和方案论证、优选的原则；（2）掌握核电厂原则性热力系统计算和核电厂热经济性指标计算的内容和方法；（3）提高计算机绘图、制表、数据处理的能力；（4）培养查阅资料、合理选择和分析数据的能力，掌握工程设计说明书撰写的基本原则2、热力系统原则方案说明该设计设有一个高压缸，三个低压缸，两级再热，七级回热，汽动给水泵。一回路冷却剂系统工作压力为15.8MPa，蒸汽发生器的运行压力为6.7MPa，冷凝器的运行压力为6.632kPa。两级再热器分别由高压缸抽气及新蒸汽加热，疏水分别流入两级高压给水加热器。高压给水加热器由

5、高压缸抽气加热，疏水逐级回流送入除氧器，低压给水加热器由低压缸加热，疏水逐级回流送入冷凝器。排污水打回至除氧器。2.1 汽轮机组该核电厂汽轮机使用运行压力为6.7MPa的蒸汽发生器产生的低参数的饱和蒸汽，汽轮机由一个高压缸、3个低压缸组成，高压缸、低压缸之间设置外置式汽水分离器和两级再热器。高压缸进口蒸汽压力为6.365MPa，高压缸内效率为82.07%，出口压力为0.7956，出口蒸汽干度为85.54%，低压缸进口过热蒸汽压力为0.7630MPa，温度为268.90，低压缸内效率为83.59%，排汽压力为6.964kPa，干度为90.56%。分缸压力为0.125，高压缸发出整个机组功率的41

6、.36%，低压缸发出整个机组功率的58.64%。2.2 蒸汽再热系统在主汽轮机的高、低压缸之间设置汽水分离-再热器，高压缸排汽经过分离器除湿、经过两级再热器加热，使得进入低压缸的蒸汽达到过热状态，提高了低压汽轮机运行的安全性和经济性。汽水分离-再热器由一级分离器、两级再热器组成，第一级再热器使用高压缸的抽汽（压力为3MPa，比焓为2656.98kJ/kg）加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽（压力为6.365MPa，比焓为2772.54 kJ/kg）加热。分离器的疏水排放到除氧器，第一级、第二级再热器的疏水分别排放到第一、第二级高压给水加热器。蒸汽经分离器后干度达到99.5%，经两级再热器

7、加热后达到压力为0.7642MPa、温度为268.92的过热蒸汽。2.3 给水回热系统该设计的给水回热系统设有7级回热，低压回热4级，除氧器1级、高压回热2级，高压、低压给水加热器为表面式换热器，除氧器为混合式加热器。给水的焓升在各级回热器中平均分配，每级焓升为114.07kJ/kg。采用新蒸汽驱动的汽动给水泵，汽动给水泵的压力为7.705MPa，给水泵汽轮机排出的废汽直接被送到主冷凝器。高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽（抽汽压力2.6639/1.5689MPa）进行加热，除氧器采用高压缸的排汽(压力0.7946MPa，干度85.54%)进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低压缸的抽汽（

8、抽汽压力0.4327/0.1997/0.0803/0.0272MPa）进行加热。高压给水加热器的疏水逐级回流，最终送入除氧器；低压给水加热器的疏水逐级回流，最终送入冷凝器。除氧器既是热力除氧设备，又是一个混合式加热器。来自低压给水加热器的给水在除氧器中被来自汽轮机高压缸的经减压后排汽、高压给水加热器的疏水以及排污水经净化的蒸汽加热到除氧器运行压力0.78MPa下的饱和温度169.37，经过除氧的饱和水再由给水泵输送到高压给水加热器，被加热到222.79后再送入蒸汽发生器。附表1.已知条件和给定参数序号项目符号单位取值范围或数值1核电厂输出电功率N eMW给定，10002一回路能量利用系数h1

9、0.9953蒸汽发生器出口蒸汽干度xfh% 99.754蒸汽发生器排污率x d 1.05%5高压缸内效率h h,i% 82.076低压缸内效率hl,i% 83.597汽轮机组机械效率h m 0.988发电机效率hge 0.989新蒸汽压损DpfhMPa Dpfh = 5%pfh10再热蒸汽压损DprhMPa Dprh 10% phz11回热抽汽压损Dpe, jMPa Dpe, j = 3% pe, j12低压缸排汽压损DpcdkPa5%13高压给水加热器出口端差q h,u314低压给水加热器出口端差q l,u215加热器效率h h 0.9816给水泵效率hfwp,p 0.5817给水泵汽轮机内

10、效率hfwp,ti 0.8018给水泵汽轮机机械效率hfwp,tm 0.9019给水泵汽轮机减速器效率hfwp,tg 0.9820循环冷却水进口温度Tsw,124在确定二回路热力系统原则方案和给定的参数的基础上，选定和计算出热平衡计算的主要热力参数。选定、确定热力参数的顺序和方法见下表：表二 主要热力参数确定序号项目符号单位计算公式或来源数值1反应堆冷却剂系统运行压力pcMPa选定，1516 15.82冷却剂压力对应的饱和温度Tc,s查水和水蒸汽表确定 346.3783反应堆出口冷却剂过冷度DTsub选定，1520 174反应堆出口冷却剂温度TcoTco = Tc,s - DTsub 329.

11、3785反应堆进出口冷却剂温升DTc选定，3040 376反应堆进口冷却剂温度TciTci = Tco - DTc 292.3787蒸汽发生器饱和蒸汽压力psMPa选定，5.07.0 6.78蒸汽发生器饱和蒸汽温度Tfhps 对应的饱和温度 282.9209一、二次侧对数平均温差DTm 23.2510冷凝器中循环冷却水温升DTsw选定，68 711冷凝器传热端差dT选定，310 712冷凝器凝结水饱和温度TcdTcd = Tsw,1 + DTsw + dT 3813冷凝器的运行压力pcdkPaTcd 对应的饱和压力 6.63214高压缸进口蒸汽压力ph,iMPaph,i = pfh - Dpf

12、h 6.36515高压缸进口蒸汽干度xh,i% 焓值下降，干度减小 99.4916高压缸排汽压力ph,zMPa 最佳分缸压力确定 0.795617高压缸排汽干度xh,z% 由高压缸内效率计算 85.5418汽水分离器进口蒸汽压力psp,iMPa忽略压损 0.795619汽水分离器进口蒸汽干度xsp,i%选定 85.54第一级再热器20再热蒸汽进口压力prh1,iMPa 考虑分离器2%的压损0.779721再热蒸汽进口干度xrh1,i%选定99.522加热蒸汽进口压力prh1,hsMPa选定323加热蒸汽进口干度xrh1,hs%选定91.85第二级再热器24再热蒸汽进口压力prh2,iMPa 考

13、虑1%的压损 0.771925再热蒸汽进口温度Trh2,i 根据平均焓升计算 214.7526再热蒸汽出口压力prh2,zMPa 考虑1%的压损 0.764227再热蒸汽出口温度Trh2,z 根据平均焓升计算 268.9228加热蒸汽进口压力prh2,hsMPa选定 6.36529加热蒸汽进口干度xrh2,hs%选定 99.49低压缸30进口蒸汽压力pl,iMPa 考虑0.0012压损 0.763031进口蒸汽温度Tl,i根据热再热蒸汽焓值 268.9032排汽压力pl,zMPa冷凝器压力与排汽压损之和0.00696433排汽干度xl,z% 根据低压缸内效率90.5634回热级数Z选定 735

14、低压给水加热器级数Z l选择 436高压给水加热器级数Z h选择 237第一次给水回热分配DhfwkJ/kg 114.07第二次给水回热分配 38高压加热器给水焓升Dhfw, hkJ/kg 120.6239除氧器及低加给水焓升Dhfw, lkJ/kg111.4540低压加热器给水参数第 1 级进口给水比焓hlfwi, 1kJ/kghlfwi, j = hlfwo, j -1159.18第 1 级出口给水比焓hlfwo, 1kJ/kghlfwo, j = hlfwi, j + Dhfw270.63第 1 级进口给水温度Tlfwi, 1按 (pcwp , hlfwi, j )查水蒸汽表37.47第

15、 1 级出口给水温度Tlfwo, 1按 (pcwp , hlfwo, j )查水蒸汽表64.16第 2 级进口给水比焓hlfwi, 2kJ/kghlfwi, j = hlfwo, j -1270.63第 2 级出口给水比焓hlfwo, 2kJ/kghlfwo, j = hlfwi, j + Dhfw382.08第 2 级进口给水温度Tlfwi, 2按 (pcwp , hlfwi, j )查水蒸汽表64.16第 2 级出口给水温度Tlfwo, 2按 (pcwp , hlfwo, j )查水蒸汽表90.77第 3 级进口给水比焓hlfwi, 3kJ/kghlfwi, j = hlfwo, j -1

16、382.08第 3 级出口给水比焓hlfwo, 3kJ/kghlfwo, j = hlfwi, j + Dhfw493.53第 3 级进口给水温度Tlfwi, 3按 (pcwp , hlfwi, j )查水蒸汽表90.77第 3 级出口给水温度Tlfwo, 3按 (pcwp , hlfwo, j )查水蒸汽表117.20第 4 级进口给水比焓hlfwi, 4kJ/kghlfwi, j = hlfwo, j -1493.53第 4 级出口给水比焓hlfwo, 4kJ/kghlfwo, j = hlfwi, j + Dhfw604.98第 4 级进口给水温度Tlfwi, 4按 (pcwp , hl

17、fwi, j )查水蒸汽表117.20第 4 级出口给水温度Tlfwo, 4按 (pcwp , hlfwo, j )查水蒸汽表143.36除氧器41进口给水比焓hdea,ikJ/kghdea,i = hlfwo,Z l604.9842出口给水比焓hdea,okJ/kghdea,o = hdea,i + Dhfw716.4343出口给水温度Tdeahdea,o 对应的饱和水温度169.3744运行压力pdeaMPaTdea 对应的饱和压力0.7845高压加热器给水参数pfwp 取7.705MPa第 6 级进口给水比焓hhfwi,ikJ/kghhfwi,i = hhfwo,i-1716.43第 6

18、 级出口给水比焓hhfwo,ikJ/kghhfwo,i = hhfwi,i + Dhfw837.05第 6 级进口给水温度Thfwi,i按 (pfwp , hhfwi,i )查水蒸汽表168.48第 6 级出口给水温度Thfwo,i按 (pfwp , hhfwo,i )查水蒸汽表195.98第 7 级进口给水比焓hhfwi,ikJ/kghhfwi,i = hhfwo,i-1837.05第 7 级出口给水比焓hhfwo,ikJ/kghhfwo,i = hhfwi,i + Dhfw957.67第 7 级进口给水温度Thfwi,i按 (pfwp , hhfwi,i )查水蒸汽表195.98第 7 级

19、出口给水温度Thfwo,i按 (pfwp , hhfwo,i )查水蒸汽表222.7946高压缸抽汽（ i = 1,L, Z h ）第 6 级抽汽压力phes,iMPa由Thes，6求出饱和水压力，并考虑压损3%1.5689第 6 级抽汽干度xhes,i%由（phes，6，hhes，6）查水蒸汽表88.19第 7 级抽汽压力phes,iMPa由Thes，7求出饱和水压力，并考虑压损3%2.6639第 7 级抽汽干度xhes,i%由（phes，7，hhes，7）查水蒸汽表91.0547低压缸抽汽（ j = 1,L, Z l ）第 1 级抽汽压力ples, 1MPa由Thes，1求出饱和水压力，并

20、考虑压损3%0.02719第 1 级抽汽干度xles, 1%由（phes，1，hhes，1）查水蒸汽表94.57第 2 级抽汽压力ples,2MPa由Thes，2求出饱和水压力，并考虑压损3%0.08031第 2 级抽汽干度xles, 2%由（phes，2，hhes，2）查水蒸汽表98.41第 3 级抽汽压力ples, 3MPa由Thes，3求出饱和水压力，并考虑压损3%0.1997第 3 级抽汽干度xles, 3%由（phes，3，hhes，3）查水蒸汽表过热第 4 级抽汽压力ples, 4MPa由Thes，4求出饱和水压力，并考虑压损3%0.4327第 4 级抽汽干度xles, 4%由（p

21、hes，4，hhes，4）查水蒸汽表过热3、热平衡计算利用表二给定的参数进行热平衡计算。设蒸汽发生器的蒸汽产量为1，低压缸进口的蒸汽份额为a，冷凝器凝水份额为b，高压缸排汽流入除氧器的份额为c，流经给水泵、高压给水加热器的给水量也为1.0105。3.1汽动给水泵耗汽份额gs,fwp汽动给水泵做功使给水压力增加，新蒸汽进口焓hfh=2772.54kJ/kg,理想出口焓值h气动泵出口*=2472.01 kJ/kg，给水量为1.0105，扬程H=6.925MPa，给水密度=841.33kg/m3,给水泵效率fwp，p=0.58，给水泵汽轮机内效率fwp，ti=0.8，给水泵汽轮机机械效率fwp，tm

22、=0.90，给水泵汽轮机减速器效率fwp，tg=0.98。gs,fwp(- h气动泵出口*)fwp，pfwp，tifwp，tmfwp，tg=1000H/求得：gs,fwp=0.0661b=a+gs,fwp=a+0.0661 3.2再热器耗汽份额gs,rh1、gs,rh2分离器出来的流经再热器份额为a的蒸汽被加热，使蒸汽焓值增加，在每级再热器的焓增相等，h再热= 117.6 kJ/kg，第一级再热器是抽高压缸抽汽，P=3MPa，hzes，1= 2656.98 kJ/kg，疏水为该压力下对应的饱和水，h再热疏水，1= 1008.37 kJ/kg，二级再热蒸汽为新蒸汽，hzes，2= 2772.54

23、kJ/kg，h再热疏水，2= 1233.88kJ/kg，加热器的效率h=0.98。由能量平衡可列方程：第一级再热：gs,rh1(hzes，1-h再热疏水,1) h =ah再热求得：gs,rh1= 0.0728a第二级再热：gs,rh2(hzes，2-h再热疏水,2) h =ah再热求得：gs,rh2= 0.078a3.3高压给水加热器耗汽份额ghes,1、ghes,2流经两级高压给水加热器的给水量为1.0105，每流经一级加热器给水的焓增相等，h回热=120.62kJ/kg，高压给水加热器的蒸汽从高压缸抽汽，份额为ghes,1、ghes,2，第一级高压再热器抽汽焓值h抽汽，1=2563.52k

24、J/kg，疏水焓值h疏水，1=854.36kJ/kg，第二级高压再热器抽汽焓值h抽汽，2=2639.41kJ/kg，疏水焓值h疏水，2= 977.84kJ/kg ，加热器的效率h=0.98。由能量平衡可列方程：第二级高压加热：ghes,2(h抽汽,2-h疏水,2) h+ gs,rh2(h再热疏水，2-h疏水,2) h =h回热求得：ghes,2= 0.0741-0.01202a第一级高压加热：ghes,1(h抽汽,1-h疏水,1) h+ gs,rh1(h再热疏水，1-h疏水,1) h +(gs,rh2+ghes,2)(h疏水，2-h疏水,1) h =h回热求得：ghes,1= 0.06666-

25、0.01133a 3.4分离器分离的饱和水份额gs,dea高压缸排出的蒸汽，一部分（份额为c）直接排到除氧器，加热除氧器的给水，其余部分经过分离器，干度由85.54%升到99.5%，分离的饱和水gs,dea排到除氧器，分离的蒸汽a经再热器加热流入低压缸做功。由质量守恒：（a+gs,dea）*85.54%=a*99.5%求得：gs,dea= 0.1632a 3.5除氧器热力计算流进除氧器的工质有：再热、回热疏水gs,rh1+gs,rh2+ghes,1+ghes,2，分离器疏水gs,dea、给水b（=a+gs,fwp），高压缸排汽c，流出除氧器的工质是份额为1.0105的饱和给水，h给水= 716

26、.43 kJ/kg。除氧器为混合换热器，换热效率为100%。进出稳压器的各股工质的流量和焓值将下表：流量L焓值h（kJ/kg）疏水gs,rh1+gs,rh2+ghes,1+ghes,20.1408+0.1275a854.36高压缸排汽cc2472.01流进给水b（=a+gs,fwp）a+0.0661604.98分离器疏水gs,dea0.1632a720.02排污净化0.01051233.88流出除氧器给水10105716.43由流入流出流量相等：L流入=(0.1408+0.1275a)+c+(a+0.0661)+ 0.1632a+0.0105=1.0105由能量平衡:（L流入h流入）=854.

27、36*(0.1408+0.1275a)+2472.01*c+604.98*(a+0.0661)+ 720.02*0.1632a+1233.88*0.0105=716.43*10105=723.95由以上两个方程解得：a=0.5976c=0.02179由a=0.5976可得b=a+gs,fwp=a+0.0661=0.6637gs,rh1= 0.0728a= 0.04351gs,rh2= 0.0780a= 0.04661ghes,1= 0.06666-0.01133a= 0.05989ghes,2= 0.0741-0.01202a= 0.06692gs,dea= 0.1632a= 0.09753

28、3.6低压给水加热器耗汽份额gles,1、gles,2、gles,3、gles,4流经各低压给水加热器的给水量为b，每流经一级加热器给水的焓增相等，hfw=111.45kJ/kg，低压给水加热器的蒸汽份额为gles,i（i=1、2、3、4），抽汽焓值h抽汽为汽轮机抽汽压力下对应的湿蒸汽的焓值，疏水焓值h疏水为给水加热器蒸汽侧温度对应饱和水的焓值，具体值见下表，加热器的效率h=0.98。回热级数抽汽量gles,i抽汽焓值h抽汽（kJ/kg）疏水焓值h疏水（kJ/kg）第一级gles,12493.68279.83第二级gles,22629.23392.08第三级gles,32757.21504.4

29、8第四级gles,42883.68617.01由能量平衡可列方程：第四级低压加热：gles,4(h抽汽,4-h疏水,4) h=bhfw求得：gles,4= 0.0333第三级低压加热：gles,3(h抽汽,3-h疏水,3) h+ gles,4(h疏水，4-h疏水,3) h =bhfw求得：gles,3= 0.03186第二级低压加热：gles,2(h抽汽,2-h疏水,2) h+(gles,3+gles,4)(h疏水，3-h疏水,2) h =bhfw求得：gles,2=0.03047第一级低压加热：gles,1(h抽汽,1-h疏水,1) h+( gles,2+gles,3+gles,4)(h疏水

30、，2-h疏水,1) h =bhfw求得：gles,1= 0.02925 3.7高压缸比功率n高高压缸进口蒸汽焓值h初始=2772.54 kJ/kg，一级再热器抽汽gs,rh1、两级高压抽汽ghes,1、ghes,2抽汽焓值见下表,汽轮机组机械效率m=0.98，发电机功率ge,0.98高压缸出口蒸汽抽汽gs,rh1抽汽ghes,1抽汽ghes,2焓值h（kJ/kg）2472.012656.982563.522639.41份额L0.71700.043510.059890.06692蒸汽在高压缸内膨胀做功n高=m*ge*L*（h初始-h流入）=0.98*0.980.7170*(2772.54-247

31、2.01)+0.04351*(2772.54-2656.98)+ 0.05989*(2772.54-2563.521)+0.06692*(2772.54-2639.41)=232.357kw/kg 3.8低压缸比功率n低低压缸进口蒸汽焓值h初始= 2992.54 kJ/kg，四级低压抽汽gles,1、gles,2、gles,3、gles,4，抽汽焓值见下表,汽轮机组机械效率m=0.98，发电机功率ge,0.98低压缸出口蒸汽抽汽gles,1抽汽gles,2抽汽gles,3抽汽gles,4焓值h（kJ/kg）2344.142493.682628.232757.212883.68份额L0.4727

32、0.029250.030470.031860.0333蒸汽在低压缸内膨胀做功n低=m*ge*L*（h初始-h流入）=0.98*0.980.4727 *(2992.54-2344.14)+ 0.02925*(2992.54-2493.68)+ 0.03047*(2992.54-2628.23)+ 0.03186*(2992.54-2757.21)+ 0.0333*（22992.54-2883.68）=329.494kw/kg3.9电厂效率e，npp汽轮机总比功n= n高+ n低=561.85kw/kg蒸汽发生器蒸汽产量DS = Ne/n= 1000000 / 561.85 = 1779.83 kg/s蒸汽发生器给水焓hfw=957.67kJ/kg，排污水焓值hs= 1233.88kJ/kg新蒸汽焓值hfh= 2776.39 kJ/kg，一回路效率1=0.995，排污率d=0.0105由能量蒸汽发生器平衡方程：Ds(hfh-hfw)-d(hs-hfw)=QR1求得堆芯产热: QR=3231850.5kw电厂效率：e，npp=Ne/QR =30.94%热平衡计算结果序号项目符号单位计算结果1核电厂效率e,npp%30.942反应堆热功率QRMW3231.853蒸汽发生器总蒸汽产量Dskg/s1779.834汽轮机高压缸耗汽量Gs,hpkg/s15