压水堆核电厂二回路系统初步设计

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压水堆核电厂二回路系统

初步设计

一、摘要

本次课程设计是我们在学习《核动力装置与设备》等课程后的一次综合训练，在课程设计中我们应用所学的基本专业知识并在此基础上对核电厂二回路系统进行计算和设计。在本次设计中，我们对系统各参数在设备中的关系及相关制约因素加深了理解，提高了运算、制图和编程的能力，同时培养了对工程问题的严肃认真的态度。二、设计内容及要求

（一）通过课程设计应达到以下要求：

（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）把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）培养学生查阅资料、合理选择和分析数据的能力，把握工程设计说明书撰写的基本原则。（二）本课程设计的主要内容包括：

（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）编制课程设计说明书，绘制原则性热力系统图。

三、热力系统原则方案说明

典型的压水堆核电站的二回路配置方式由基本的汽轮机组、用于提高功率和效率的汽水分开再热系统和回热系统组成。（一）汽轮机组

汽轮机由一个高压缸、3个低压缸组成，高压缸、低压缸之间需要设置外置式汽水分开再热器。（二）蒸汽汽水分开再热系统

汽水分开-再热器设置在主汽轮机的高、低压缸之间，汽水分开-再热器由一级分开器、两级再热器组成，第一级再热器使用高压缸的抽汽加热，其次级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽加热。分开器的疏水排放到除氧器，第一级、其次级再热器的疏水分别排放到高压给水加热器（回热器的第六级和第七级）。高压缸排汽经过除湿和加热，进入低压缸后达到过热状态。（三）给水回热系统

给水回热系统由回热加热器、回热抽汽管道、凝给水管道、疏水管道等组成。回热加热器依照汽水介质传热方式不同分为混合式加热器和表面式加热器，其中高压、低压给水加热器普遍采用表面式换热器，除氧器为混合式加热器。本次设计中，回热系统由四级低压回热器、一级除氧器和两级高压回热器组成。

作为第六级回热的高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽进行加热，作为第七级回热的高压给水加热器采用新蒸汽进行加热；除氧器采用高压缸的排汽进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低

压缸的抽汽进行加热。本次设计中的核电机组二回路中的给水泵采用汽动给水泵，利用蒸汽发生器的新蒸汽，给水泵汽轮机排出的废汽被送到主冷凝器，其蒸汽进出口参数同高压缸蒸汽的进出口参数。

表一已知条件和给定参数

序号12345678910111213141516项目核电厂输出电功率一回路能量利用系数蒸汽发生器排污率汽轮机组相对内效率汽轮机组机械效率发电机效率新蒸汽压损再热蒸汽压损回热抽汽压损低压缸排汽压损高压给水加热器出口端差低压给水加热器出口端差加热器效率给水泵效率给水泵汽轮机内效率给水泵汽轮机机械效率符号Ne单位MWMPaMPaMPakPa℃℃取值范围或数值给定，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给水泵汽轮机减速器效率循环冷却水进口温度循环冷却水温升冷凝器传热端差?fwp,tgTsw,1?Tsw℃℃℃0.982477?T

表二：主要热力参数确定

序号123456789101112131415项目反应堆冷却剂系统运行压力反应堆冷却剂的饱和温度反应堆出口冷却剂过冷度反应堆出口冷却剂温度反应堆进出口冷却剂温升反应堆进口冷却剂温度二回路蒸汽压力蒸汽发生器出口新蒸汽温度蒸汽发生器出口新蒸汽干度循环冷却水温升冷凝器传热端差冷凝器凝结水饱和温度冷凝器的运行压力高压缸进口蒸汽压力高压缸进口蒸汽干度符号pcTc,s单位MPa℃℃℃℃℃MPa℃%℃℃℃kPaMPa%计算公式或来源选定，15~16查水和水蒸汽表确定选定，15~20Tco?Tc,s??Tsub数值1634718329352947285.8399.7577386.636.7999.5?TsubTco?TcTci选定，30~40Tci?Tco??Tc选定，6~7ps对应的饱和温度psTfhxfh?Tsw给定选定，6~8选定，3~10Tcd?Tsw,1??Tsw??T?TTcdpcdph,ixh,iTcd对应的饱和压力由压损求得选定

161718192021222324252627282930313233343536高压缸内效率高压缸排汽压力高压缸排汽干度汽水分开器进口蒸汽压力汽水分开器进口蒸汽干度第一级再热器进口蒸汽压力第一级再热器进口蒸汽干度其次级再热器进口蒸汽压力其次级再热器进口蒸汽温度其次级再热器出口蒸汽压力其次级再热器出口蒸汽温度低压缸进口蒸汽压力低压缸进口蒸汽温度低压缸内效率低压缸排汽压力低压缸排汽干度回热级数低压给水加热器级数高压给水加热器级数给水回热分派低压加热器给水参数?h,iph,zxh,zpsp,ixsp,iprh1,ixrh1,iMPa%MPa%MPa%MPa℃MPa℃MPa℃MPa%kJ/kg选定选定选定选定选定选择选择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级进口给水比焓第j级出口给水比焓第j级进口给水温度第j级出口给水温度除氧器进口给水比焓除氧器出口给水比焓除氧器出口给水温度除氧器运行压力高压加热器给水参数第i级进口给水比焓第i级出口给水比焓第i级进口给水温度第i级出口给水温度高压缸抽汽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对应的饱和水温度对应的饱和压力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级抽汽压力第i级抽汽干度低压缸抽汽（j?1,?,ZL）第j级抽汽压力第j级抽汽干度phes,ixhes,iples,jxles,j各数值计算过程如下：

数值14：新蒸汽压损=3%，所以高压缸进口蒸汽压力=7（1-3%）=6.79数据17：取最正确分缸压力=0.1蒸汽出压，则=0.1*7=0.7

数据18：根据数据14和15，可求得高压缸进口焓值,熵值,蒸汽在高压缸中经历等熵过程，所以,又由于=0.7，可查得出口理想干度为0.811，=2372.35。根据?h,i=，可求得=2459.32，所以=0.853。数值19=数值17；数值20=数值20。数值22：

数值23：=*96%=0.6528

数值28：根据汽水分开再热器出口温度比新蒸汽温度低20℃，低压缸进口温度等于汽水分开再热器出口温度，所以=285.83-20=265.83℃。数值26=数值28

数值31：低压缸出口参数计算方法与高压缸一致。

数值35：多级回热分派可以采用汽轮机设计时普遍使用的平均分派法，即每一级给水加热器内给水的焓升相等，这种方法简单易行。

每一级加热器的给水焓升为

?hfw，ophs??hcd?Z?1式中，hs?——蒸汽发生器运行压力对应的饱和水比焓，kJ/kg；

hcd——冷凝器出口凝结水比焓，kJ/kg；Z——给水回热级数。

最正确给水温度可使回热循环汽轮机绝对内效率达到最大值。采用平均分派法进行回热分派时，其最正确给水比焓为

hfw,op?hcd?z?hfw,op

依照蒸汽发生器运行压力psg和最正确给水比焓hfw,op查水和水蒸汽表，可以确定最正确给水温度Tfw,op。实际给水温度Tfw往往低于理论上的最正确给水温度Tfw,op，寻常可以取为

Tfw??0.65~0.75?Tfw,op

（这里选0.65）

由压力和实际给水温度，再一次通过等焓生分派的方法确定每一级加热器内的焓升。实际每一级给水焓升为：

?hfw?hfwhcdhfw?hcdZ

——给水比焓，kJ/kg；

——冷凝器出口凝结水比焓，kJ/kg；

Z——给水回热级数。

表三热平衡计算结果

序号123456项目符号单位计算结果130.0023429.8656核电厂效率?e,npp%MW反应堆热功QR率蒸汽发生器Ds总蒸汽产量汽轮机高压Gs,hp缸耗汽量汽轮机低压Gs,lp缸耗汽量第一级再热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其次级再热器耗汽量除氧器耗汽量给水泵汽轮机耗汽量给水泵给水量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给水泵扬程12高压缸抽汽量第i级抽汽量（MPa999999Ghes,ii?1,?,ZH）13低压缸抽汽量第j级抽汽量（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、热平衡计算书

1、已知核电厂的输出电功率为Ne，假设电厂效率为?e,NPP，则反应堆热功率为

QR?Ne?e,NPP

蒸汽发生器的蒸汽产量为

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

式中，?1——一回路能量利用系数；

hfh——蒸汽发生器出口新蒸汽比焓，kJ/kg；

?hs——蒸汽发生器运行压力下的饱和水焓，kJ/kg；hfw——蒸汽发生器给水比焓，kJ/kg；

?d——蒸汽发生器排污率，寻常取为新蒸汽产量的1.05%。

2、二回路系统各设备耗汽量计算

（1）给水回热系统热平衡计算，确定汽轮机各级抽汽点的抽汽量及冷凝器出口凝结水流量Gcd；a)第2,3级给水加热器所需的抽汽量:

Ges,j?

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

式中，Gfw,j——第j级给水加热器的给水流量，kg/s；

Tfwi,j，Tfwo,j——第j级给水加热器进口、出口给水温度，℃；

疏水的比焓，kJ/kg；hes,j，hew,j——第j级给水加热器加热蒸汽、

?h,j——第j级给水加热器的热效率；

j——2,3。

b)对于第一级加热器，在求出其次级抽气量后采用能量平衡的算法求得：

从而得到第一级抽气量。

c)第四级抽气量的计算

d)计算给水泵耗气量

式中，——给水泵的质量流量，kg/s；——给水泵的扬程，MPa；——给水的密度。给水泵的理论功率为

式中，——汽轮给水泵组的泵效率；

分别为给水泵组汽轮机的内效率、机械效率和减速器效率。给水泵汽轮机的耗气量为

——给水泵汽轮机中蒸汽的绝热焓降。e)低压缸耗气量