压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书VIP

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 级：20101513 一学 号：2010151305 一姓 名：王洋洋一一一一一联系电话院院系名称：核科学与技术学院专业名称：核工程与核技术一指导老师：刘中坤 一 2013 年 6 月1目 录摘要.21 设计内容及要求. 22 热力系统原则方案确定. 32.1 总体要求和已知条件. 32.2 热力系统原则方案. 32.3 主要热力参数选择. 43 热力系统热平衡计算. 93.1 热平衡计算方法. 93.2 热平衡计算模型. 93.3 热平衡计算流程. 133.4 计算结果及分析. 134 结论. 14附录.15附表 1 已知条件和给定参数.15附表 2 选定的主要热力参数汇总表.16附表 3 热平衡计算结果汇总表. 222参考文献.23程序及结果显示.23附图 1 原则性热力系统图.26摘要初步设计压水堆核电厂二回路热力系统，使二回路能安全经济的完成其主要功能：将蒸汽发生器所产生的蒸汽送往汽轮机，驱动汽轮机运行，将蒸汽的热能转换为机械能；汽轮机带动发电机运行，将汽轮机输出的机械能转换为发电机输出的电能。在确定二回路系统原则方案的基础之上，通过合理的参数选择与相关模型（物理模型、数学模型）的建立，对二回路系统各个环节确定其主要的工质参数。之后利用逐次近似法（通过编程）结合热量平衡方程、质量平衡方程和汽轮机功率方程进行二回路系统原则方案进行 100%功率下的热平衡计算，确定核电厂效率、总蒸汽产量、总给水量、汽轮机耗气量、给水泵功率和扬程等主要参数，为二回路热力系统方案的进一步设计和优化提供基础。1.设计内容及要求1.1 设计内容本课程设计的主要任务，是根据设计的要求，拟定压水堆核电厂二回路热力系统原则方案，并完成该方案在满功率工况下的热平衡计算。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、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。1.2 设计要求3本课程设计是学生在学习核动力装置与设备 、 核电厂运行课程后的一次综合训练，是实践教学的一个重要环节。通过课程设计使学生进一步巩固、加深所学的理论知识并有所扩展；学习并掌握压水堆核电厂二回路热力系统拟定与热平衡计算的方法和基本步骤；锻炼提高运算、制图和计算机应用等基本技能；增强工程概念，培养学生对工程技术问题的严肃、认真和负责态度。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）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）培养学生查阅资料、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.热力系统原则方案确定2.1 总体要求和已知条件压水堆核电厂采用立式自然循环蒸汽发生器，采用给水回热循环、蒸汽再热循环的热力循环方式，额定电功率为 1000MW。汽轮机分为高压缸和低压缸，高压缸、低压缸之间设置外置式汽水分离再热器。给水回热系统的回热级数为 7 级，包括四级低压给水加热器、一级除氧器和两级高压给水加热器。第 1 级至第 4 级低压给水加热器的加热蒸汽来自低压缸的抽汽，除氧器使用高压缸的排汽加热，第 6 级和第 7 级高压给水加热器的加热蒸汽来自高压缸的抽汽。各级加热器的疏水采用逐级回流的方式，即第 7级加热器的疏水排到第 6 级加热器，第 6 级加热器的疏水排到除氧器，第 4 级加热器的疏水排到第 3 级加热器，依此类推，第 1 级加热器的疏水排到冷凝器热井。汽水分离再热器包括中间分离器、第一级蒸汽再热器和第二级蒸汽再热器，中间分离器的疏水排放到除氧器；第一级再热器使用高压缸的抽汽加热，疏水排放到第 6 级高压给水加热器；第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽加热，疏水排放到第 7 级高压给水加热器。主给水泵采用汽轮机驱动，使用来自主蒸汽管道的新蒸汽，汽轮机的乏汽直接排入主汽轮发电机组的冷凝器，即给水泵汽轮机与主发电汽轮机共用冷凝器。凝水泵和循环冷却水泵均使用三相交流电机驱动，正常运行时由厂用电系统供电。2.2 热力系统原则方案压水堆核电厂二回路系统的主要功能是将蒸汽发生器所产生的蒸汽送往汽轮机，驱动汽轮机运行，将蒸汽的热能转换为机械能；汽轮机带动发电机运行，将汽轮机输出的机械能转换为发电机输出的电能。电站原则性热力系统表明能量转换与利用的基本过程，反映了发电厂动力循环中工质的基本流程、能量转换与利用过程的完善程度。为了提高热经济性，4压水堆核电厂二回路热力系统普遍采用包含再热循环、回热循环的饱和蒸汽朗肯循环。压水堆核电厂二回路热力系统原理流程图请参看附图一。（1）汽轮机组压水堆核电厂汽轮机一般使用低参数的饱和蒸汽，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再热器。单位质量流量的蒸汽在高压缸内的绝热焓降约占整个机组绝热焓降的40%，最佳分缸压力（即高压缸排汽压力）约为高压缸进汽压力的 12%14%。（2）蒸汽再热系统压水堆核电厂通常在主汽轮机的高、低压缸之间设置汽水分离-再热器，对高压缸排汽进行除湿和加热，使得进入低压缸的蒸汽达到过热状态，从而提高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加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽加热。中间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不同的高压给水加热器。（3）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。回热加热器按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。高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽进行加热，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。高压给水加热器的疏水可采用逐级回流的方式，最终送入除氧器；低压给水加热器的疏水可以全部采用逐级回流的方式，最终送入冷凝器，也可以部分采用疏水汇流方式，将疏入送入给水管道。选择给水回热级数时，应考虑到每增加一级加热器就要增加设备投资费用，所增加的费用应该能够从核电厂热经济性提高的收益中得到补偿；同时，还要尽量避免热力系统过于复杂，以保证核电厂运行的可靠性。因此，小型机组的回热级数一般取为 13 级，大型机组的回热级数一般取为 79 级。压水堆核电厂中普遍使用热力除氧器对给水进行除氧，从其运行原理来看，除氧器就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排汽加热到除氧器运行压力下的饱和温度，除过氧的饱和水再由给水泵输送到高压给水加热器，被加热到规定的给水温度后再送入蒸汽发生器。大型核电机组一般采用汽动给水泵，能够很好地适应机组变负荷运行，可以利用蒸汽发生器的新蒸汽、汽轮机高压缸的抽汽或者汽水分离再热器出口的热再热蒸汽驱动给水泵汽轮机，因而具有较好的经济性。给水泵汽轮机排出的乏汽被直接排送到主汽轮发电机组的冷凝器。52.3 主要热力参数选择（1）一回路冷却剂的参数选择反应堆冷却剂系统的运行压力 Pc =15.5MPa，冷却剂压力对应的饱和温度为Tcs=344.83Mpa，选定反应堆出口冷却剂的过冷度 T sub=18，反应堆出口冷却剂温度T co =T c,s T sub=344.8318=326.83选定反应堆进出口冷却剂的温升为 Tc=36,则反应堆进口冷却剂的温度：T ci =T co T c=326.8336=290.83（2）蒸汽发生器蒸汽发生器的运行压力为 Ps=6.0MPa，通过查水及水蒸汽表可知，对应的蒸汽发生器饱和蒸汽温度为 Tfh=275.63，对应的饱和水比焓、饱和蒸汽比焓分别为 hs=1213.3kJ/kg，h s”=2783.82kJ/kg，新蒸汽的干度 xfh=0.9975，则新蒸汽的焓值 hfh=1213.3+0.9975(2783.821213.3)=2779.89 kJ/kg，一、二次侧对数平均温差为：coimis326.8-90.=2.64753lnlT对数平均温差在 2033范围内，符合要求。（3）冷凝器循环冷却水的进口温度 Tsw,1=24，冷凝器中循环冷却水温升 Tsw=7，冷凝器传热端差 T =5 ，则冷凝器凝结水饱和温度：Tcd =Tsw,1 + Tsw +T=24+7+5=36对应的冷凝器运行压力 Pcd=5.945kPa，冷凝器运行压力对应的饱和水焓hcd=150.84kJ/kg。（4）高压缸高压缸进口蒸汽压力为 Ph,i=PfhPfh=60.3=5.7MPa，对应的饱和水比焓和饱和蒸汽比焓分别为，h h,is=1196.2 kJ/kg，h h,is”=2787.03 kJ/kg。通过热平衡计算 hfh=hh,is+x h,z(hh,is”-hh,is)，可得高压缸进口蒸汽干度xh,i=0.9955，进口蒸汽比焓值 hh,i=2779.89kJ/kg,进口蒸汽的比熵sh,i=5.901kJ/(kgK)，高压缸的排气压力 ph,z=0.14ph,i=0.145.7=0.798，6假设工质在高压缸内为等熵膨胀过程，则 ph,z=0.798MPa 对应的比焓值为2430.577 kJ/kg，高压缸的内效率 h,i=82.07%，故实际焓值为 2779.89-（2779.89-2430.557）0.8207=2493.19kJ/kg。压力 0.798MPa 下对应的饱和水焓与饱和蒸汽焓值分别为：hh,zs=720.481kJ/kg，h h,zs”=2767.361kJ/kg高压缸出口蒸汽干度可求得为：xsp,i=(2494.639-720.48)/(2767.361-720.481)=0.8667.（5）汽水分离器汽水分离器的进口蒸汽压力为 psp,i=0.798MPa，汽水分离器的进口蒸汽干度xsp,i=86.67%，考虑汽水分离器 3%的压力损失，则汽水分离器的出口压力prh1,i=0.774MPa，汽水分离器的出口干度选定为 99.5%.（6）第一级再热器第一级再热器的进口蒸汽压力 prh1,i=psp,i-psp=0.798-0.024=0.774MPa，第一级再热器的进口蒸汽干度 xrh1,i=99.5%,进口蒸汽的焓值 2755.88kJ/kg.（7）第二级再热器考虑第一级再热器 3%的压损，第二级再热器的进口蒸汽压力 prh2,i=prh1,i-prh1=0.7508MPa。考虑新蒸汽进入第二级再热器 2%的压力损失，则第二级再热器加热蒸汽的进口压力为 60.98=5.88MPa,对应的饱和温度为 274.63，干度为 0.997，焓值为 2781.078 kJ/kg，考虑第二及再热器的 2%的压损，则其出口蒸汽压力为 prh2,hs=0.7358MPa,第二级再热器出口蒸汽温度比加热蒸汽进口温度低 14，再热蒸汽出口蒸汽温度为 Trh2,z=260.63，利用水及水蒸汽表查得第二级再热器出口蒸汽焓值为 hrz2,o=2975.54kJ/kg。第一级再热器与第二级再热器平均焓升相同，可求得平均焓升为：hrz=（2975.54-2755.88）0.5=109.83kJ/kg进而可知第一级再热器的出口焓值为 hrh1,o=2755.88+109.83=2865.71kJ/kg,利用水蒸汽表查得第一级再热器出口蒸汽温度 Trh1,o=209.68。（8）低压缸考虑第二级再热器出口过热蒸汽进入低压缸的压力损失为 0.0028MPa，则低压缸进口蒸汽压力为 pl,i=0.733MPa，焓值是 2975.54kJ/kg,利用水蒸汽表查得进口蒸汽温度 Tl,i=260.59，进口蒸汽的比熵为 sl,i=7.127 kJ/(kgK)。冷凝器的运行压力为 0.005945MPa，考虑低压缸排气至冷凝器 5%的压力损失，则可求得低压缸的排气压力为 pl,z=0.006258Mpa,利用同求高压缸出口干度一样的方法求得低压缸的排气干度为 xl,z=89.99%,对应的焓值是 hl,z=2327.335kJ/kg。（9） 给水回热参数的选择71)平均焓升分配蒸汽发生器运行压力 6.0MPa 下对应的饱和水比焓为 hs=1214.64kJ/kg，冷凝器运行压力 5.945kPa 下对应的凝结水比焓为 150.84kJ/kg，每一级加热器的理论焓升为：kJ/kgscdfw,oph124.650.8=132.975Z蒸汽发生器的最佳给水比焓为：hfw,op=hcd+Zhfw,op=150.84+7132.975=1081.665kJ/kg由于蒸汽发生器进口给水压力比新蒸汽压力高 0.1MPa，故给水压力为 6.1MPa，利用水蒸汽表可知最佳给水温度 Tfw,op=248.99，实际给水温度 Tfw往往低于理论上的最佳给水温度 Tfw,op，取系数为 0.87，则可求得实际给水温度Tfw=0.87Tfw,op=0.87248.99=216.62，结合给水压力 6.1MPa，利用水蒸汽表查得实际给水焓值 hfw=929.777kJ/kg，再次等焓升分配确定每一级加热器内给水的实际焓升：kJ/kgfwcdf92.7150.84=.2Z因为规定除氧器的运行压力略低于高压缸的排气压力，且除氧器出口水温等于除氧器运行压力对应的饱和温度。结合平均焓升分配法亦可以定出除氧器的运行压力。经过简单运算与查表定出除氧器的运行压力 pdea=0.758MPa ，对应的除氧器出口给水温度 Tdea=168.19，除氧器出口给水焓值 hdea=711.46kJ/kg。对高压给水加热器和低压给水加热器进行第二次焓升分配，高压给水加热器每一级的焓升为：kJ/kg，fwdea,of,hh92.71.4609.58Z低压给水加热器每一级的焓升为：kJ/kg。dea.ocdfw,ll.5.12.4+1由以上计算可见高压加热器与低压加热器平均焓升基本一致，而且除氧器的工作压力也达到了相应要求。2）对每级加热器及除氧器工质参数的确定取凝水泵的出口压力为除氧器运行压力的 3.1 倍，则第一级低压给水加热器的进口压力为 plfwi,1=3.10.758=2.350MPa,由于凝水泵对给水比焓影响小，可以忽略掉。则第一级低压给水加热器进口给水比焓 hlfwi,1=150.84kJ/kg，查水蒸汽表可知第一级低压给水加热器进口给水温度，T lfwi,1=35.51。考虑均匀压降，低压加热器通过运算可知每级压降取 0.39MPa 为宜，则第一级低压给水加热器出口给水压力为 1.96MPa，利用平均焓升可知出口给水比焓值为8hlfwo,1=262.964kJ/kg,利用水蒸汽表查得出口给水温度为 Tlfwo,1=62.44。对于低压给水加热器上端差为 2，故可得第一级汽侧疏水温度为 64.44，查水蒸汽表知对应的疏水比焓值是 269.80kJ/kg，第一级汽侧饱和压力为0.02439MPa。利用同样的方法，可求得其它低压级及高压给水加热器的相应参数，现将其列如其下：第一级进口给水压力：p 1fwi,1=2.350MPa 第一级出口给水压力：p 1fwo,1=1.96 MPa第一级进口给水比焓：h lfwi,1=150.84 kJ/kg 第一级出口给水比焓：hlfwo,1=262.964kJ/kg第一级进口给水温度：T lfwi,1=35.51 第一级出口给水温度：T lfwo,1=62.44第一级汽侧疏水温度：64.44 第一级汽侧疏水比焓：269.80 kJ/kg第一级汽侧疏水压力：0.02439MPa 第二级进口给水压力：p 1fwi,2=1.96 MPa 第二级出口给水压力：p 1fwo,2=1.577MPa第二级进口给水比焓：h lfwi,2=262.964 kJ/kg 第二级出口给水比焓：h lfwo,2=375.088 kJ/kg 第二级进口给水温度：T lfwi,2=62.44 第二级出口给水温度：T lfwo,2=89.27第二级汽侧疏水温度：91.27 第二级汽侧疏水比焓：382.44 kJ/kg第二级汽侧疏水压力：0.07356MPa 第三级进口给水压力：p 1fwi,2=1.57 MPa 第三级出口给水压力：p 1fwo,2=1.18MPa第三级进口给水比焓：h lfwi,2=375.088 kJ/kg 第三级出口给水比焓：h lfwo,2=487.212 kJ/kg 第三级进口给水温度：T lfwi,2=89.27 第三级出口给水温度：T lfwo,2=115.90第三级汽侧疏水温度：117.90 第三级汽侧疏水比焓：494.90 kJ/kg第三级汽侧疏水压力：0.18569MPa 第四级进口给水压力：p 1fwi,4=1.18 MPa 第四级出口给水压力：p 1fwo,4=0.79MPa第四级进口给水比焓：h lfwi,4=487.212 kJ/kg 第四级出口给水比焓：hlfwo,4=599.336kJ/kg 第四级进口给水温度：T lfwi,4=115.90 第四级出口给水温度：T lfwo,4=142.27第四级汽侧疏水温度：144.27 第四级汽侧疏水比焓：607.59 kJ/kg第四级汽侧疏水压力：0.40723 MPa 除氧器进口给水比焓：h dea,i=599.336 kJ/kg 除氧器出口给水比焓：h dea,o=711.46 kJ/kg除氧器出口给水温度：T dea=168.19 除氧器运行压力：p dea=0.758 MPa 第六级进口给水压力：p 1fwi,6=7.2MPa 第六级出口给水压力：p 1fwo,6=6.65MPa第六级进口给水比焓：h lfwi,6=711.46 kJ/kg 第六级出口给水比焓：h lfwo,6=820.6085 kJ/kg 第六级进口给水温度：T lfwi,6=167.34 第六级出口给水温度：T lfwo,6=192.28第六级汽侧疏水温度：195.28 第六级汽侧疏水比焓：831.51 kJ/kg第六级汽侧疏水压力：1.40714MPa 第七级进口给水压力：p 1fwi,7=6.65 MPa 第七级出口给水压力：p 1fwo,7=6.1MPa第七级进口给水比焓：h lfwi,7=820.6085 kJ/kg 第七级出口给水比焓：hlfwo,7=929.767kJ/kg 第七级进口给水温度：T lfwi,7=192.28 第七级出口给水温度：T lfwo,7=216.62第七级汽侧疏水温度：219.62 第七级汽侧疏水比焓：942.18 kJ/kg第七级汽侧疏水压力：2.30301MPa 9（10）抽气参数1）低压缸抽气与高压缸抽汽参数第一级加热器汽侧压力为 0.02439MPa，考虑回热抽气 5%的压力损失，则第一级抽气压力为 ples,1=0.02439/0.95=0.02567MPa,运用同求高压缸排气干度一样的方法，结合查水蒸气表可得第一级抽气干度 xles,1=94.07%，第一级抽汽比焓为，h les,1=24