壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書——專業(yè)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)班 級(jí)：20111513學(xué) 號(hào)：2011151327姓 名：朱智強(qiáng)指導(dǎo)老師：王賀核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2014年6月目 錄摘要.21設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求. 22熱力系統(tǒng)原則方案確定. 3 2.1總體要求和已知條件. 3 2.2熱力系統(tǒng)原則方案. 3 2.3主要熱力參數(shù)選擇. 43熱力系統(tǒng)熱平衡計(jì)算. 10 3.1熱平衡計(jì)算方法. 10 3.2熱平衡計(jì)算模型. 10 3.3熱平衡計(jì)算流程. 14 3.4計(jì)算結(jié)果及分析. 154結(jié)論. 15附錄.16附表1已知條件和給定參數(shù).16附表2選定的主要熱力參數(shù)匯總表.17附表3熱平衡計(jì)算結(jié)果匯總表. 24 附圖 原

2、則性熱力系統(tǒng)圖.25參考文獻(xiàn).26摘要二回路系統(tǒng)的組成以郎肯循環(huán)為基礎(chǔ)，由蒸汽發(fā)生器二次側(cè)、汽輪機(jī)、冷凝器、凝水泵、給水泵、給水加熱器等主要設(shè)備以及連接這些設(shè)備的汽水管道構(gòu)成的熱力循環(huán)，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和轉(zhuǎn)換。初步設(shè)計(jì)壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)，使二回路能安全經(jīng)濟(jì)的完成其主要功能：反應(yīng)堆內(nèi)核燃料裂變產(chǎn)生的熱量由流經(jīng)堆芯的冷卻劑帶出，在蒸汽發(fā)生器中傳遞給二回路工質(zhì)，二回路工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸汽，通過(guò)蒸汽系統(tǒng)輸送到汽輪機(jī)高壓缸做功或耗熱設(shè)備的使用，汽輪機(jī)高壓缸做功后的乏汽經(jīng)汽水分離再熱器再熱后送入低壓缸繼續(xù)做功，低壓缸做功后的廢氣排入冷凝器中，由循環(huán)冷卻水冷凝成水，經(jīng)低壓給水加熱器預(yù)熱，

3、除氧后用高壓給水加熱器進(jìn)一步加熱，后經(jīng)過(guò)給水泵增壓送入蒸汽發(fā)生器，開始下一次循環(huán)。在確定二回路系統(tǒng)原則方案的基礎(chǔ)之上，通過(guò)合理的參數(shù)選擇與相關(guān)模型（物理模型、數(shù)學(xué)模型）的建立，對(duì)二回路系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)確定其主要的工質(zhì)參數(shù)。之后利用迭代（通過(guò)編程）結(jié)合熱量平衡方程、質(zhì)量平衡方程和汽輪機(jī)功率方程進(jìn)行二回路系統(tǒng)原則方案進(jìn)行100%功率下的熱平衡計(jì)算，確定核電廠效率、總蒸汽產(chǎn)量、總給水量、汽輪機(jī)耗氣量、給水泵功率和揚(yáng)程等主要參數(shù)，為二回路熱力系統(tǒng)方案的進(jìn)一步設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。1.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容本課程設(shè)計(jì)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

4、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)、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)要求通過(guò)課程設(shè)計(jì)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(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)學(xué)生查閱資料、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)原則方案確定2.1總體要求和已知條件壓水堆核電廠采用立式自然循環(huán)蒸汽

5、發(fā)生器，采用給水回?zé)嵫h(huán)、蒸汽再熱循環(huán)的熱力循環(huán)方式，額定電功率為1000mw。汽輪機(jī)分為高壓缸和低壓缸，高壓缸、低壓缸之間設(shè)置外置式汽水分離再熱器。給水回?zé)嵯到y(tǒng)的回?zé)峒?jí)數(shù)為7級(jí)，包括四級(jí)低壓給水加熱器、一級(jí)除氧器和兩級(jí)高壓給水加熱器。第1級(jí)至第4級(jí)低壓給水加熱器的加熱蒸汽來(lái)自低壓缸的抽汽，除氧器使用高壓缸的排汽加熱，第6級(jí)和第7級(jí)高壓給水加熱器的加熱蒸汽來(lái)自高壓缸的抽汽。各級(jí)加熱器的疏水采用逐級(jí)回流的方式，即第7級(jí)加熱器的疏水排到第6級(jí)加熱器，第6級(jí)加熱器的疏水排到除氧器，第4級(jí)加熱器的疏水排到第3級(jí)加熱器，依此類推，第1級(jí)加熱器的疏水排到冷凝器熱井。汽水分離再熱器包括中間分離器、第一級(jí)蒸汽

6、再熱器和第二級(jí)蒸汽再熱器，中間分離器的疏水排放到除氧器；第一級(jí)再熱器使用高壓缸的抽汽加熱，疏水排放到第6級(jí)高壓給水加熱器；第二級(jí)再熱器使用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽加熱，疏水排放到第7級(jí)高壓給水加熱器。主給水泵采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用來(lái)自主蒸汽管道的新蒸汽，汽輪機(jī)的乏汽直接排入主汽輪發(fā)電機(jī)組的冷凝器，即給水泵汽輪機(jī)與主發(fā)電汽輪機(jī)共用冷凝器（本次設(shè)計(jì)將給水泵的排氣送入汽水分離再熱器進(jìn)行再熱）。凝水泵和循環(huán)冷卻水泵均使用三相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，正常運(yùn)行時(shí)由廠用電系統(tǒng)供電。2.2熱力系統(tǒng)原則方案壓水堆核電廠二回路系統(tǒng)的主要功能是將蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的蒸汽送往汽輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)

7、電機(jī)運(yùn)行，將汽輪機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)輸出的電能。電站原則性熱力系統(tǒng)表明能量轉(zhuǎn)換與利用的基本過(guò)程，反映了發(fā)電廠動(dòng)力循環(huán)中工質(zhì)的基本流程、能量轉(zhuǎn)換與利用過(guò)程的完善程度。為了提高熱經(jīng)濟(jì)性，壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)普遍采用包含再熱循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)的飽和蒸汽朗肯循環(huán)。壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)原理流程圖如附圖一所示。（1）汽輪機(jī)組壓水堆核電廠汽輪機(jī)一般使用低參數(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)置外置式汽水分離再熱器。單位質(zhì)量流量的蒸汽在高壓缸內(nèi)的絕熱焓降約占整個(gè)機(jī)組絕熱焓降的40%，最佳分缸壓力（即高壓缸排汽壓力）約為高壓缸進(jìn)汽壓力的12%14%。（2）蒸汽再熱

8、系統(tǒng)壓水堆核電廠通常在主汽輪機(jī)的高、低壓缸之間設(shè)置汽水分離-再熱器，對(duì)高壓缸排汽進(jìn)行除濕和加熱，使得進(jìn)入低壓缸的蒸汽達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)，從而提高低壓汽輪機(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加熱，第二級(jí)再熱器使用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽加熱。中間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不同的高壓給水加熱器。（3）給水回?zé)嵯到y(tǒng)給水回?zé)嵯到y(tǒng)由回?zé)峒訜崞?、回?zé)岢槠艿?、凝給水管道、疏水管道等組成?；?zé)峒訜崞靼凑掌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。高

9、壓給水加熱器采用主汽輪機(jī)高壓缸的抽汽進(jìn)行加熱，除氧器采用高壓缸的排汽進(jìn)行加熱，低壓給水加熱器采用主汽輪機(jī)低壓缸的抽汽進(jìn)行加熱。高壓給水加熱器的疏水可采用逐級(jí)回流的方式，最終送入除氧器；低壓給水加熱器的疏水可以全部采用逐級(jí)回流的方式，最終送入冷凝器，也可以部分采用疏水匯流方式，將疏入送入給水管道。選擇給水回?zé)峒?jí)數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮到每增加一級(jí)加熱器就要增加設(shè)備投資費(fèi)用，所增加的費(fèi)用應(yīng)該能夠從核電廠熱經(jīng)濟(jì)性提高的收益中得到補(bǔ)償；同時(shí)，還要盡量避免熱力系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，以保證核電廠運(yùn)行的可靠性。因此，小型機(jī)組的回?zé)峒?jí)數(shù)一般取為13級(jí)，大型機(jī)組的回?zé)峒?jí)數(shù)一般取為79級(jí)。壓水堆核電廠中普遍使用熱力除氧器對(duì)給水進(jìn)行除

10、氧，從其運(yùn)行原理來(lái)看，除氧器就是一個(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)高壓缸的排汽加熱到除氧器運(yùn)行壓力下的飽和溫度，除過(guò)氧的飽和水再由給水泵輸送到高壓給水加熱器，被加熱到規(guī)定的給水溫度后再送入蒸汽發(fā)生器。大型核電機(jī)組一般采用汽動(dòng)給水泵，能夠很好地適應(yīng)機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行，可以利用蒸汽發(fā)生器的新蒸汽、汽輪機(jī)高壓缸的抽汽或者汽水分離再熱器出口的熱再熱蒸汽驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)，因而具有較好的經(jīng)濟(jì)性。給水泵汽輪機(jī)排出的乏汽被直接排送到主汽輪發(fā)電機(jī)組的冷凝器。(本次設(shè)計(jì)將給水泵的排氣送入汽水分離再熱器進(jìn)行再熱)2.3主要熱力參數(shù)選擇（1）一回路冷卻劑的參數(shù)選擇反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的運(yùn)行壓力p

11、c =15.5mpa，冷卻劑壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度為tcs=344.79mpa，選定反應(yīng)堆出口冷卻劑的過(guò)冷度t sub=18，反應(yīng)堆出口冷卻劑溫度t co =t c,s t sub=344.7918=326.79選定反應(yīng)堆進(jìn)出口冷卻劑的溫升為tc=36,則反應(yīng)堆進(jìn)口冷卻劑的溫度：t ci =t co t c=326.7936=290.79（2）蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行壓力為ps=6.0mpa，通過(guò)查水及水蒸汽表可知，對(duì)應(yīng)的蒸汽發(fā)生器飽和蒸汽溫度為tfh=275.63，對(duì)應(yīng)的飽和水比焓、飽和蒸汽比焓分別為hs=1213.3kj/kg，hs”=2783.82kj/kg，新蒸汽的干度xfh=99.75

12、，則新蒸汽的焓值hfh=1213.3+0.9975(2783.821213.3)=2779.89 kj/kg，一、二次側(cè)對(duì)數(shù)平均溫差為：對(duì)數(shù)平均溫差在2033范圍內(nèi)，符合要求。（3）冷凝器循環(huán)冷卻水的進(jìn)口溫度tsw,1=24，冷凝器中循環(huán)冷卻水溫升tsw=7，冷凝器傳熱端差t =5，則冷凝器凝結(jié)水飽和溫度：tcd =tsw,1 + tsw +t=24+7+5=36對(duì)應(yīng)的冷凝器運(yùn)行壓力pcd=5.945kpa，冷凝器運(yùn)行壓力對(duì)應(yīng)的飽和水焓hcd=150.77kj/kg。（4）高壓缸高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力為ph,i=pfhpfh=6*（15）=5.7mpa，對(duì)應(yīng)的飽和水比焓和飽和蒸汽比焓分別為，hh,

13、is=1196.63 kj/kg，hh,is”=2787.73 kj/kg。通過(guò)熱平衡計(jì)算hfh=hh,is+xh,z(hh,is”-hh,is)，可得高壓缸進(jìn)口蒸汽干度xh,i=99.55，進(jìn)口蒸汽比焓值hh,i=2780.57kj/kg,進(jìn)口蒸汽的比熵sh,i=5.901kj/(kgk)，高壓缸的排氣壓力ph,z=13ph,i=135.7=0.741，假設(shè)工質(zhì)在高壓缸內(nèi)為等熵膨脹過(guò)程，則ph,z=0.741mpa對(duì)應(yīng)的比焓值為2418.701 kj/kg，高壓缸的內(nèi)效率h,i=82.07%，故實(shí)際焓值為2780.57-（2780.57-2418.701）0.8207=2483.58kj/k

14、g。壓力0.741mpa下對(duì)應(yīng)的飽和水焓與飽和蒸汽焓值分別為：hh,zs=707.23kj/kg，hh,zs”=2765.14kj/kg高壓缸出口蒸汽干度可求得為： xsp,i=(2483.58-707.23)/(2765.14-707.23)=0.8632（5）汽水分離器汽水分離器的進(jìn)口蒸汽壓力為psp,i=0.741mpa，汽水分離器的進(jìn)口蒸汽干度xsp,i=86.32%，考慮汽水分離器3%的壓力損失，則汽水分離器的出口壓力prh1,i=0.719mpa，汽水分離器的出口干度選定為99.5%.（6）第一級(jí)再熱器第一級(jí)再熱器的進(jìn)口蒸汽壓力prh1,i=psp,i-psp=0.741*（1-3

15、）=0.719mpa，第一級(jí)再熱器的進(jìn)口蒸汽干度xrh1,i=99.5%,進(jìn)口蒸汽的焓值2753.57kj/kg.（7）第二級(jí)再熱器考慮第一級(jí)再熱器2%的壓損，第二級(jí)再熱器的進(jìn)口蒸汽壓力prh2,i=prh1,i-prh1=0.705mpa?？紤]新蒸汽進(jìn)入第二級(jí)再熱器5%的壓力損失，則第二級(jí)再熱器加熱蒸汽的進(jìn)口壓力為60.95=5.7mpa,對(duì)應(yīng)的飽和溫度為272.26，干度為0.9955，焓值為2780.57kj/kg，考慮第二及再熱器的1%的壓損，則其出口蒸汽壓力為prh2,hs=0.698mpa,第二級(jí)再熱器出口蒸汽溫度比加熱蒸汽進(jìn)口溫度低14，再熱蒸汽出口蒸汽溫度為trh2,z=258

16、.26，利用水及水蒸汽表查得第二級(jí)再熱器出口蒸汽焓值為hrz2,o=2971.73kj/kg。第一級(jí)再熱器與第二級(jí)再熱器平均焓升相同，可求得平均焓升為：hrz=（2971.73-2753.57）/ 2 =109.08kj/kg進(jìn)而可知第一級(jí)再熱器的出口焓值為hrh1,o=2753.57+109.08=2862.65kj/kg,利用水蒸汽表查得第一級(jí)再熱器出口蒸汽溫度trh1,o=207.89。（8）低壓缸考慮第二級(jí)再熱器出口過(guò)熱蒸汽進(jìn)入低壓缸的壓力損失很小，取低壓缸進(jìn)汽壓力與第二級(jí)再熱器出口過(guò)熱蒸汽壓力近似相等。則低壓缸進(jìn)口蒸汽壓力為pl,i=0.698mpa，焓值是2971.73kj/kg，

17、溫度是tl,i=258.26，進(jìn)口蒸汽的比熵為sl,i=7.1498 kj/(kgk)。冷凝器的運(yùn)行壓力為0.005945mpa，考慮低壓缸排氣至冷凝器5%的壓力損失，則可求得低壓缸的排氣壓力為pl,z=0.005945/(1-5)=0.00626mpa,利用同求高壓缸出口干度一樣的方法(等熵過(guò)程和內(nèi)效率)求得低壓缸的排氣干度為xl,z=90.35%,對(duì)應(yīng)的焓值是hl,z=2335.17kj/kg。（9） 給水回?zé)釁?shù)的選擇1)平均焓升分配蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力6.0mpa下對(duì)應(yīng)的飽和水比焓為hs=1213.73kj/kg，冷凝器運(yùn)行壓力5.945kpa下對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水比焓為150.77kj/kg，

18、每一級(jí)加熱器的理論焓升為： kj/kg蒸汽發(fā)生器的最佳給水比焓為：hfw,op=hcd+zhfw,op=150.77+7132.87=1080.86 kj/kg由于蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水壓力比新蒸汽壓力高0.1mpa，故給水壓力為6.1mpa，利用水蒸汽表可知最佳給水溫度tfw,op=249.01，實(shí)際給水溫度tfw往往低于理論上的最佳給水溫度tfw,op，取系數(shù)為0.87，則可求得實(shí)際給水溫度tfw=0.87tfw,op=0.87249.01=216.64，結(jié)合給水壓力6.1mpa，利用水蒸汽表查得實(shí)際給水焓值hfw=927.99kj/kg，再次等焓升分配確定每一級(jí)加熱器內(nèi)給水的實(shí)際焓升： kj

19、/kg因?yàn)橐?guī)定除氧器的運(yùn)行壓力略低于高壓缸的排氣壓力，且除氧器出口水溫等于除氧器運(yùn)行壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。結(jié)合平均焓升分配法亦可以定出除氧器的運(yùn)行壓力。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單運(yùn)算與查表定出除氧器的運(yùn)行壓力pdea=0.735mpa 0.741mpa，對(duì)應(yīng)的除氧器出口給水溫度tdea=166.95，除氧器出口給水焓值hdea=705.92kj/kg。由于求得的除氧器運(yùn)行壓力滿足略小于高壓缸排汽壓力的要求，故不再進(jìn)行第二次焓升分配。2）對(duì)每級(jí)加熱器及除氧器工質(zhì)參數(shù)的確定取凝水泵的出口壓力為除氧器運(yùn)行壓力的3.117倍，則第一級(jí)低壓給水加熱器的進(jìn)口壓力為plfwi,1=3.1170.735=2.291mpa,由于凝

20、水泵對(duì)給水比焓影響小，可以忽略掉。則第一級(jí)低壓給水加熱器進(jìn)口給水比焓hlfwi,1=150.77kj/kg，查水蒸汽表可知第一級(jí)低壓給水加熱器進(jìn)口給水溫度，tlfwi,1=35.5?？紤]均勻壓降，低壓加熱器通過(guò)運(yùn)算可知每級(jí)壓降取0.389mpa為宜，則第一級(jí)低壓給水加熱器出口給水壓力為1.902mpa，利用平均焓升可知出口給水比焓值為hlfwo,1=261.80kj/kg,利用水蒸汽表查得出口給水溫度為tlfwo,1=62.17。對(duì)于低壓給水加熱器上端差為2，故可得第一級(jí)汽側(cè)疏水溫度為64.17，查水蒸汽表知對(duì)應(yīng)的疏水比焓值是268.60kj/kg，第一級(jí)汽側(cè)飽和壓力為0.02413mpa。利

21、用同樣的方法，可求得其它低壓級(jí)及高壓給水加熱器的相應(yīng)參數(shù)，現(xiàn)將其列如其下：第一級(jí)進(jìn)口給水壓力：p1fwi,1=2.291mpa 第一級(jí)進(jìn)口給水比焓：hlfwi,1=150.77 kj/kg 第一級(jí)進(jìn)口給水溫度：tlfwi,1=35.50 第一級(jí)出口給水溫度：tlfwo,1=62.17第一級(jí)出口給水壓力：p1fwo,1=1.902 mpa第一級(jí)出口給水比焓：hlfwo,1=261.80kj/kg第一級(jí)汽側(cè)疏水溫度：64.17 第一級(jí)汽側(cè)疏水比焓：268.60 kj/kg第一級(jí)汽側(cè)疏水壓力：0.02413mpa 第二級(jí)進(jìn)口給水壓力：p1fwi,2=1.903 mpa 第二級(jí)進(jìn)口給水比焓：hlfwi

22、,2=261.80 kj/kg 第二級(jí)進(jìn)口給水溫度：tlfwi,2=62.17 第二級(jí)出口給水壓力：p1fwo,2=1.513mpa第二級(jí)出口給水比焓：hlfwo,2=372.83 kj/kg 第二級(jí)出口給水溫度：tlfwo,2=88.75第二級(jí)汽側(cè)疏水溫度：90.75 第二級(jí)汽側(cè)疏水比焓：380.12 kj/kg第二級(jí)汽側(cè)疏水壓力：0.07221mpa 第三級(jí)進(jìn)口給水壓力：p1fwi,2=1.515 mpa 第三級(jí)進(jìn)口給水比焓：hlfwi,2=372.83 kj/kg 第三級(jí)進(jìn)口給水溫度：tlfwi,2=88.75 第三級(jí)出口給水壓力：p1fwo,2=1.124mpa第三級(jí)出口給水比焓：hl

23、fwo,2=483.86 kj/kg 第三級(jí)出口給水溫度：tlfwo,2=115.15第三級(jí)汽側(cè)疏水溫度：117.15 第三級(jí)汽側(cè)疏水比焓：491.68 kj/kg第三級(jí)汽側(cè)疏水壓力：0.1814mpa 第四級(jí)進(jìn)口給水壓力：p1fwi,4=1.127 mpa 第四級(jí)進(jìn)口給水比焓：hlfwi,4=483.86 kj/kg 第四級(jí)進(jìn)口給水溫度：tlfwi,4=115.15 第四級(jí)出口給水壓力：p1fwo,4=0.735mpa第四級(jí)出口給水比焓：hlfwo,4=594.89kj/kg 第四級(jí)出口給水溫度：tlfwo,4=141.27第四級(jí)汽側(cè)疏水溫度：143.27 第四級(jí)汽側(cè)疏水比焓：603.25

24、kj/kg第四級(jí)汽側(cè)疏水壓力：0.3962 mpa 除氧器進(jìn)口給水比焓：hdea,i=594.89 kj/kg 除氧器出口給水比焓：hdea,o=705.92 kj/kg除氧器出口給水溫度：tdea=166.95 除氧器運(yùn)行壓力：pdea=0.735 mpa 第六級(jí)進(jìn)口給水壓力：p1fwi,6=7.2mpa 第六級(jí)進(jìn)口給水比焓：hlfwi,6=705.92 kj/kg 第六級(jí)進(jìn)口給水溫度：tlfwi,6=166.12 第六級(jí)出口給水壓力：p1fwo,6=6.65mpa第六級(jí)出口給水比焓：hlfwo,6=816.95 kj/kg 第六級(jí)出口給水溫度：tlfwo,6=191.56第六級(jí)汽側(cè)疏水溫度

25、：194.56 第六級(jí)汽側(cè)疏水比焓：827.95 kj/kg第六級(jí)汽側(cè)疏水壓力：1.385mpa 第七級(jí)進(jìn)口給水壓力：p1fwi,7=6.65 mpa 第七級(jí)進(jìn)口給水比焓：hlfwi,7=816.95 kj/kg 第七級(jí)進(jìn)口給水溫度：tlfwi,7=191.56 第七級(jí)出口給水壓力：p1fwo,7=6.1mpa第七級(jí)出口給水比焓：hlfwo,7=927.99kj/kg 第七級(jí)出口給水溫度：tlfwo,7=216.34第七級(jí)汽側(cè)疏水溫度：219.34 第七級(jí)汽側(cè)疏水比焓：940.59 kj/kg第七級(jí)汽側(cè)疏水壓力：2.290mpa （10）抽氣參數(shù)1）低壓缸抽氣與高壓缸抽汽參數(shù)第一級(jí)加熱器汽側(cè)壓

26、力為0.02413mpa，考慮回?zé)岢闅獾蛪焊祝?%）和高壓缸（4）的壓力損失，則第一級(jí)抽氣壓力為ples,1=0.02413/0.97=0.02487mpa,運(yùn)用同求高壓缸排氣干度一樣的方法(等熵過(guò)程和內(nèi)效率)，結(jié)合查水蒸氣表可得第一級(jí)抽氣干度xles,1=94.38%，第一級(jí)抽汽比焓為，hles,1=2485.41kj/kg.運(yùn)用相同的方法可求得其他兩級(jí)高壓和四級(jí)低壓加熱器的抽汽參數(shù)，現(xiàn)將其列如其下：第一級(jí)抽汽壓力：ples,1=0.02487mpa 第一級(jí)抽汽干度：xles,1=94.38%第一級(jí)抽汽比焓：hles,1=2485.41kj/kg 第二級(jí)抽汽壓力：ples,2=0.07444

27、mpa 第二級(jí)抽汽干度：xles,2=98.22%第二級(jí)抽汽比焓：hles,2=2621.50kj/kg 第三級(jí)抽汽壓力：ples,3=0.1870mpa 第三級(jí)抽汽干度：xles,3=100%第三級(jí)抽汽比焓：hles,3=2750.18kj/kg 第四級(jí)抽汽壓力：ples,4=0.4084mpa 第四級(jí)抽汽干度：xles,4=100%第四級(jí)抽汽比焓：hles,4=2877.13kj/kg 第六級(jí)抽汽壓力：phes,6=1.4427mpa 第六級(jí)抽汽干度：xhes,6=88.90%第六級(jí)抽汽比焓：hhes,6=2573.00kj/kg 第七級(jí)抽汽壓力：phes,7=2.3854mpa 第七級(jí)抽

28、汽干度：xhes,7=91.57%第七級(jí)抽汽比焓：hhes,7=2645.41kj/kg 2）兩級(jí)再熱器用于加熱的抽汽參數(shù) 第一級(jí)再熱器抽汽壓力：prh1,hs=2.6mpa 第一級(jí)再熱器抽汽干度：xrh1,hs=92.14% 第一級(jí)再熱器抽汽比焓：hrh1,hs=2658.56kj/kg 第二級(jí)再熱器抽汽壓力：prh2,hs=5.7mpa 第二級(jí)再熱器抽汽干度：xrh2,hs=99.55%第二級(jí)再熱器抽汽比焓：hrh1,hs=2780.57kj/kg 3熱力系統(tǒng)熱平衡計(jì)算3.1熱平衡計(jì)算方法進(jìn)行機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算采用常規(guī)計(jì)算法中的串聯(lián)法，對(duì)凝汽式機(jī)組采用“由高至低”的計(jì)算次序，即從抽汽壓

29、力最高的加熱器開始計(jì)算，依次逐個(gè)計(jì)算至抽汽壓力最低的加熱器。這樣計(jì)算的好處是每個(gè)方程式中只出現(xiàn)一個(gè)未知數(shù)，適合手工計(jì)算。熱力計(jì)算過(guò)程使用的基本公式是熱量平衡方程、質(zhì)量平衡方程和汽輪機(jī)功率方程。3.2熱平衡計(jì)算模型(1) 蒸汽發(fā)生器總蒸汽產(chǎn)量的計(jì)算已知核電廠的輸出電功率為ne，假設(shè)電廠效率為e,npp（第一次取0.33）,則反應(yīng)堆功率為（mw）通過(guò)對(duì)蒸汽發(fā)生器列質(zhì)量守恒與熱量守恒方程，可求蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量為：*1000（kg/s）式中,1一回路能量利用系數(shù)，取0.993； hfh蒸汽發(fā)生器出口新蒸汽比焓，kj/kg；hs蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力下的飽和水焓，kj/kg；hfw蒸汽發(fā)生器給水比焓，k

30、j/kg；d蒸汽發(fā)生器排污率，取為新蒸汽產(chǎn)量的1.05%.（2）蒸汽發(fā)生器給水流量計(jì)算（kg/s）（3）給水泵有效輸出功率計(jì)算式中：gfw給水泵的質(zhì)量流量，kg/s；hfwp給水泵的揚(yáng)程，mpa；（近似取進(jìn)出口壓差7.2-0.735=6.465 mpa）fw為給水的密度，kg/m3(出口的比容為0.0011046 m3/kg)（4）給水泵汽輪機(jī)理論功率計(jì)算式中：fwp,p汽輪給水泵組的泵效率；（取0.58）fwp,ti給水泵組汽輪機(jī)內(nèi)效率；（取0.81）fwp,tm給水泵組汽輪機(jī)機(jī)械效率；（取0.9）fwp,tg給水泵組汽輪機(jī)減速器效率；（取0.98）（5）給水泵汽輪機(jī)耗汽量計(jì)算式中：hfh為

31、新蒸汽比焓hh,z為高壓缸理想排汽比焓（6）低壓給水加熱器抽汽量計(jì)算假設(shè)凝水量gcd(根據(jù)參考數(shù)據(jù)，第一次取1000，然后每隔1向上累加逼近進(jìn)行迭代)的數(shù)值，然后通過(guò)熱量守恒方程即可確定各低壓給水加熱器的抽汽量，現(xiàn)將其表達(dá)式列如其下：第四級(jí)：第三級(jí)：第二級(jí)：第一級(jí)：式中：gles,i第i級(jí)低壓加熱器的抽汽量，kg/s； hfw每級(jí)加熱器的平均焓升，kj/kg；（等于111.03 kj/kg）h加熱器效率(取0.99)；hc(i)第i級(jí)加熱器抽汽比焓，kj/kg；hw(i)第i級(jí)加熱器疏水比焓，kj/kg。（7）低壓缸耗氣量計(jì)算通過(guò)質(zhì)量守恒方程可以確定低壓缸的耗汽量： （排污損失通過(guò)均衡水柜補(bǔ)充

32、給冷凝器）（8）再熱器加熱蒸汽量計(jì)算通過(guò)熱平衡方程可以確定再熱蒸汽的加熱蒸汽量：第一級(jí)：第二級(jí)：式中：gs,rh1第一級(jí)再熱器加熱蒸汽量，kg/s；gs,rh2第二級(jí)再熱器加熱蒸汽量，kg/s；hrh再熱器平均焓升，kj/kg；（等于109.28 kj/kg）hzc,i第i級(jí)再熱器加熱蒸汽的焓值，kj/kg；hzs,i第i級(jí)再熱器疏水焓值，kj/kg。 （9）高壓給水加熱器抽汽量計(jì)算通過(guò)熱量平衡的方法確定： 式中：ghes,i第i級(jí)高壓加熱器的抽汽量，kg/s;hfw每級(jí)加熱器的平均焓升，kj/kg；（10）汽水分離器疏水流量計(jì)算利用蒸汽質(zhì)量守恒方程即可求得：式中：分離器至除氧器的疏水流量，k

33、g/s;gs,lp低壓缸的耗氣量，kg/s；xrh1,i第一級(jí)再熱器的進(jìn)口干度；xsp,i汽水分離器的進(jìn)口干度。（11）除氧器耗氣量計(jì)算利用熱量守恒方程計(jì)算： 式中：hdeao除氧器出口給水比焓，kj/kg；hsp,i汽水分離器疏水焓值，kj/kg；（p=0.719mpa查表）hlfwo,4第四級(jí)加熱器出口給水焓值，kj/kg；hw(6) 第六級(jí)加熱器出口疏水比焓，kj/kg；hh,z高壓缸出口蒸汽比焓，kj/kg。（12）高壓缸出口排氣總流量計(jì)算利用質(zhì)量守恒可以求得：式中：gt高壓缸出口排氣總流量，kg/s;xrh1,i第一級(jí)再熱器進(jìn)口蒸汽干度；xh,z高壓缸出口排氣干度。（13）高壓缸耗氣

34、量計(jì)算利用能量守恒方程，同時(shí)考慮到高壓缸內(nèi)的焓降約占整個(gè)機(jī)組焓降的40%(此處為第二個(gè)限制條件，確定gcd的循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)，若用12步里的公式求下去，則gcd不會(huì)變化)，由此可得： 且則有 式中：m汽輪機(jī)組機(jī)械效率；（取0.985） ge發(fā)電機(jī)效率；（取0.99）hh,i高壓缸進(jìn)口蒸汽焓值，kj/kg；hh,z高壓缸出口蒸汽焓值，kj/kg。（14）對(duì)假設(shè)冷凝水流量的驗(yàn)證判斷對(duì)除氧器運(yùn)用質(zhì)量守恒方程，可以得到冷凝水的流量，如下式：將由上式得到的gcd數(shù)值與步驟（6）中假設(shè)的gcd數(shù)值進(jìn)行比較，若相對(duì)誤差大于1%，則返回步驟（6）進(jìn)行迭代計(jì)算，直到滿足精度要求為止。（15）二回路系統(tǒng)總蒸汽耗量計(jì)算同樣

35、運(yùn)用質(zhì)量守恒方程亦可以確定出二回路系統(tǒng)總的新蒸汽耗量，如下式：（16）對(duì)假設(shè)核電廠效率的驗(yàn)證判斷根據(jù)（15）步求得的總蒸汽耗量，可以計(jì)算得到反應(yīng)堆熱功率，如下式：進(jìn)而可以求出核電廠的效率：將計(jì)算得到的核電廠效率e,npp與步驟（1）中初始假設(shè)的核電廠效率e,npp進(jìn)行比較，若絕對(duì)誤差大于0.1%，則返回步驟（1）進(jìn)行迭代計(jì)算，直到滿足精度的要求為止。3.3熱平衡計(jì)算流程圖：熱力計(jì)算的一般流程3.4計(jì)算結(jié)果及分析本次熱力計(jì)算得到的核電廠的效率e,npp=32.25%，與實(shí)際核電廠效率相近。當(dāng)然這也不是完全與實(shí)際相同的計(jì)算，區(qū)別在于：1、管道壓損沒考慮完全，并且在管道中認(rèn)為汽的焓值不變。2、蒸汽發(fā)

36、生器的壓力比實(shí)際核電站的運(yùn)行壓力要低許多，會(huì)導(dǎo)致給水吸熱溫度較低。3、排污水的損失也有熱損失，而且補(bǔ)水的焓值沒有計(jì)算。4、系統(tǒng)自身的能量消耗與散熱，比如管道設(shè)備的散熱，閥件的少許泄露，亦會(huì)造成核電廠效率的偏低。5、參數(shù)選得不同，也會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。通過(guò)計(jì)算可以確定高壓缸和低壓缸發(fā)出的實(shí)際功率為1008.077mw，有0.8的誤差，其原因是：1、所有的數(shù)據(jù)都不夠精確，故而會(huì)造成誤差。2、凝水泵和給水泵對(duì)水的參數(shù)會(huì)有影響，計(jì)算中只考慮了壓強(qiáng)變化，而沒有考慮焓的變化；管道內(nèi)的壓損亦是如此。3、迭代也有精度的偏差，而不是完全相等。綜和以上因素，0.8的誤差在允許范圍內(nèi)。計(jì)算得到的其他參數(shù)，高壓缸的

37、排氣干度為86.32%，低壓缸的排氣干度為90.35%，均大于86%，滿足汽輪機(jī)的工作要求。 計(jì)算得到的低壓加熱器的加熱蒸汽量數(shù)值在50左右，高壓加熱器的加熱蒸汽量數(shù)值在90到100之間，除氧器的加熱蒸汽量數(shù)值為50左右，再熱器的加熱蒸汽量數(shù)值在70左右，與參考數(shù)據(jù)比較接近。本課程設(shè)計(jì)采用7級(jí)回?zé)岬姆绞?，這樣可以提高核電廠的循環(huán)效率，一般而言回?zé)峒?jí)數(shù)越高，核電廠的循環(huán)熱效率會(huì)隨之提高，但是增加的幅度卻減少了，同時(shí)成本也會(huì)增加。這在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮。采用7級(jí)回?zé)?，是比較合理的。要提高汽輪機(jī)高低壓缸的相對(duì)內(nèi)效率、采用平均吸熱溫度較高的中間再熱方式、適當(dāng)?shù)臏p少給水泵汽輪機(jī)的耗氣量或者采用其他的帶動(dòng)方式

38、、提高二回路工質(zhì)的平均吸熱溫度、降低二回路工質(zhì)的平均放熱溫度、適當(dāng)降低蒸汽發(fā)生器的排污量，減少管道設(shè)備的壓力損失與散熱損失，減少除氧器的熱量消耗，均可以使核電廠的熱效率得到改進(jìn)。4.結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)得到的核電廠效率e,npp=32.25%，總蒸汽產(chǎn)量ds=1659.43kg/s，高壓汽輪機(jī)的耗氣量gs,hp=1504.23kg/s,低壓汽輪機(jī)耗氣量gs,lp=1094.59kg/s，給水泵的功率為nfwp,p=11968.4kw，給水泵的揚(yáng)程為hfwp=6.465mpa。高壓桿和低壓缸實(shí)際發(fā)出的功率為1008.077mw，在誤差范圍內(nèi)。計(jì)算得到的各加熱器、除氧器、再熱器的加熱蒸汽流量在合理適當(dāng)

39、的范圍之內(nèi)。附錄附表1 已知條件和給定參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值1核電廠輸出電功率n emw10002一回路能量利用系數(shù) 10.9933蒸汽發(fā)生器出口蒸汽干度xfh%99.754蒸汽發(fā)生器排污率 d1.05%5高壓缸內(nèi)效率 h,i%82.076低壓缸內(nèi)效率 l,i%83.597汽輪機(jī)組機(jī)械效率 m0.9858發(fā)電機(jī)效率 ge0.999新蒸汽壓損pfhmpa5%10再熱蒸汽壓損prhmpa3%、2%、1%11回?zé)岢槠麎簱ppe, jmpa低壓3%高壓4%12低壓缸排汽壓損pcdkpa5%13高壓給水加熱器出口端差h,u314低壓給水加熱器出口端差l,u215加熱器效率h0.9916給水泵效率fwp,

40、p0.5817給水泵汽輪機(jī)內(nèi)效率 fwp,ti0.8118給水泵汽輪機(jī)機(jī)械效率fwp,tm0.9019給水泵汽輪機(jī)減速器效率fwp,tg0.9820循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度tsw,124附表2 確定的主要熱力參數(shù)匯總表序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值1反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)運(yùn)行壓力p cmpa選定，151615.52冷卻劑壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度t c,s查水和水蒸汽表確定344.793反應(yīng)堆出口冷卻劑過(guò)冷度t sub選定，1520184反應(yīng)堆出口冷卻劑溫度t cot co =t c,s t sub326.795反應(yīng)堆進(jìn)出口冷卻劑溫升t c選定，3040366反應(yīng)堆進(jìn)口冷卻劑溫度t cit ci =t co

41、t c290.797蒸汽發(fā)生器飽和蒸汽壓力p smpa選定，5.07.06.08蒸汽發(fā)生器飽和新蒸汽溫度t fhps 對(duì)應(yīng)的飽和溫度275.639一、二次側(cè)對(duì)數(shù)平均溫差t m29.6010冷凝器中循環(huán)冷卻水溫升t sw選定，68711冷凝器傳熱端差t選定，310512冷凝器凝結(jié)水飽和溫度t cdt cd =tsw,1 + tsw +t3613冷凝器的運(yùn)行壓力p cdkpatcd對(duì)應(yīng)的飽和壓力5.94514高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力p h,impaph,i=pfhpfh5.715高壓缸進(jìn)口蒸汽干度x h,i%由熱平衡計(jì)算99.5516高壓缸排汽壓力p h,zmpa選定為13% p h,i0.74117高

42、壓缸排汽干度x h,z%由絕熱焓降與內(nèi)效率計(jì)算86.3218汽水分離器進(jìn)口蒸汽壓力p sp,impa等于高壓缸排氣壓力0.74119汽水分離器進(jìn)口蒸汽干度x sp,i%等于高壓缸排氣干度86.32第一級(jí)再熱器20再熱器進(jìn)口蒸汽壓力p rh1,impa考慮3%的壓損0.71921再熱器進(jìn)口蒸汽干度x rh1,i%由分離器能力決定99.522加熱蒸汽進(jìn)口壓力p rh1,hsmpa根據(jù)參考資料選定2.623加熱蒸汽進(jìn)口干度x rh1,hs%結(jié)合內(nèi)效率可求92.14第二級(jí)再熱器24再熱器進(jìn)口蒸汽壓力p rh2,impa考慮2%的壓損0.70525再熱器進(jìn)口蒸汽溫度t rh2,i由平均焓升計(jì)算207.8

43、926再熱器蒸汽出口壓力p rh2,zmpa考慮壓損為1%0.69827再熱器出口蒸汽溫度t rh2,z選定欠熱度為14258.2628加熱蒸汽進(jìn)口壓力prh2,hsmpa壓損為5%5.729加熱蒸汽進(jìn)口干度x rh2,hs%由熱平衡計(jì)算99.55低壓缸30進(jìn)口蒸汽壓力p l,impa不考慮壓損0.69831進(jìn)口蒸汽溫度t l,i近似等于t rh2,z258.2632排汽壓力p l,zmpa等于p cd /(1-5%)排汽壓損5%0.0062633排汽干度x l,z%由絕熱焓降與內(nèi)效率計(jì)算90.3534回?zé)峒?jí)數(shù)z選定735低壓給水加熱器級(jí)數(shù)z l選定436高壓給水加熱器級(jí)數(shù)z h選定237第一

44、次給水回?zé)岱峙鋒 fwkj/kg111.03第二次給水回?zé)岱峙?8高壓加熱器給水焓升h fw，hkj/kg無(wú)39除氧器及低壓給水焓升h fw，lkj/kg無(wú)40低壓加熱器給水參數(shù)第1級(jí)回?zé)崞鲄?shù)第1級(jí)進(jìn)口給水壓力mpa凝水泵出口壓力取除氧器運(yùn)行壓力3.117倍2.291第1 級(jí)進(jìn)口給水比焓h lfwi, 1kj/kgh lfwi, 1 = h lfwo, 0150.77第1 級(jí)進(jìn)口給水溫度t lfwi,1 按(p cwp ,h lfwi, 1)查水蒸汽表35.50第1級(jí)出口給水壓力mpa考慮等壓降1.902第1 級(jí)出口給水比焓h lfwo, 1kj/kgh lfwo, 1= h lfwi, 1

45、+h fw261.80第1級(jí)出口給水溫度t lfwo, 1按(p cwp, h lfwo, 1)查水蒸汽表62.17第1級(jí)汽側(cè)疏水溫度出口給水溫度與出口端差2之和64.17第1級(jí)汽側(cè)疏水比焓kj/kg查水蒸汽表268.60第1級(jí)汽側(cè)壓力mpa查水蒸氣表0.02413第2級(jí)回?zé)崞鲄?shù)第2級(jí)進(jìn)口給水壓力mpa考慮等壓降1.902第2級(jí)進(jìn)口給水比焓h lfwi,2kj/kgh lfwi,2= h lfwo, 1261.80第2級(jí)進(jìn)口給水溫度t lfwi, 2按(p cwp ,h lfwi, 2)查水蒸汽表62.17第2級(jí)出口給水壓力mpa考慮等壓降1.513第2 級(jí)出口給水比焓h lfwo, 2kj

46、/kgh lfwo, 2= h lfwi, 2+h fw372.83第2 級(jí)出口給水溫度t lfwo, 2按(p cwp, h lfwo, 2)查水蒸汽表88.75第2級(jí)汽側(cè)疏水溫度出口給水溫度與出口端差2之和90.75第2級(jí)汽側(cè)疏水比焓kj/kg查水蒸汽表380.12第2級(jí)汽側(cè)壓力mpa查水蒸汽表0.07221第3極回?zé)崞鲄?shù)第3級(jí)進(jìn)口給水壓力mpa考慮等壓降1.513第3 級(jí)進(jìn)口給水比焓h lfwi, 3kj/kgh lfwi, 3 = h lfwo, 2372.83第3級(jí)進(jìn)口給水溫度t lfwi, 3按(p cwp ,h lfwi, 3)查水蒸汽表88.75第3級(jí)出口給水壓力mpa考慮等壓降1.124第3級(jí)出口給水比焓h lfwo,3kj/kgh lfwo,3= h lfwi, 3+h f