核电汽轮机回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系分析

第56卷第2期2014年4月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV0156NO2APR2014核电汽轮机回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系分析李勇，王帅，曹丽华东北电力大学能源与动力工程学院，吉林132012摘要无论是核电厂汽轮机还是火电厂汽轮机，都几乎无一例外地采用回热抽汽，以便减少汽轮机的冷源损失。因此，必须准确确定回热抽汽量与蒸汽发生器出口蒸汽流量即主蒸汽流量之间的关系。针对目前已有的大量文献对于回热抽汽量与主蒸汽流量之问关系的讨论，以某1000MW核电汽轮机为例，对不同工况下回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系进行了分析，并给出在不同误差允许范围内的回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系。关键词核电汽轮机；回热抽汽量；主蒸汽流量分类号TK262文献标识码A文章编号10015884201402009504ANALYSISONRELATIONSHIPBETWEENMAINSTEAMFLOWANDREGENERATIVEEXTRACTIONSTEAMFLOWOFNUCLEARSTEAMTURBINELIYONG，WANGSHUAI，CAOLIHUASCHOOLOFENERGYANDPOWERENGINEERING，NORTHEASTDIANLIUNIVERSITY，JILIN132012，CHINAABSTRACTBOTHTHENUCLEARSTEAMTURBINEANDTHEFOSSILSTEAMTURBINEUTILIZEREGENERATIVEEXTRACTIONSTEAMINORDERTOREDUCECOLDSOURCELOSSOFTURBINEWITHOUTEXCEPTIONTHEREFORE，WEMUSTACCURATELYDETERMINETHERELATIONSHIPBETWEENTHEMAINSTEAMFLOWANDTHEREGENERATIVEEXTRACTIONSTEAMFLOWTAKINGTHEIO00MWNUCLEARTURBINEASANEXAMPLE，THERELATIONSHIPBETWEENMAINSTEAMFLOWANDREGENERATIVEEXTRACTIONSTEAMFLOWUNDERDIFFERENTCONDITIONSISANALYZEDINTHEPAPERWITHLOTSOFDOCUMENTSWHICHDISCUSSINGTHERELATIONSHIPMENTIONEDBEFOREMOREOVER，THERELATIONSHIPINDIFFERENTALLOWABLEERRORRANGESISALSOGIVENINTHEPAPERKEYWORDSNUCLEARSTEAMTURBINE；REGENERATIVEEXTRACTIONSTEAMFLOW；MAINSTEAMFLOWO前言无论是核电厂汽轮机还是火电厂汽轮机，都几乎无一例外地采用回热抽汽，以便减少汽轮机的冷源损失，提高蒸汽动力系统的循环热效率。因此，准确确定回热抽汽量与蒸汽发生器出口蒸汽流量即主蒸汽流量之间的关系，受到了设计和运行部门的普遍重视。目前，对于回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系，虽然已经有大量文献进行了讨论，但各文献给出的结论却有所不同。文献1，2指出，对于回热抽汽式汽轮机，只要回热系统正常运行，且回热抽汽仅用来加热本机凝结水，则负荷变化时，各段回热抽汽量与主蒸汽流量成正比。文献3指出，大部分回热抽汽量近似比例于主蒸汽流量。文献4指出，汽轮机各段回热抽汽量与主蒸汽流量在实用变工况范围内成正比关系。文献5指出，通常回热式机组各级回热抽汽量在相当范围内与机组的主蒸汽流量近似成正比。但对于再热机组，这一条件难以满足。而文献6指出，若回热抽汽仅用来加热本机凝结水，虽然各段回热抽汽量不与主蒸汽流量成正比，但大多数与主蒸汽流量同方向增减。文献7指出，在不同工况下核电汽轮机的回热抽汽量与主蒸汽流量成正比，且再热器的疏水也与主蒸汽流量成正比，这样便可通过主蒸汽流量确定相对应的各回热抽汽量，进而计算出各段回热抽汽的焓值。针对上述各文献关于回热抽汽量与主蒸汽流量之间关系的讨论，本文以某1000MW核电汽轮机为例，对不同工况下回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系进行了分析，并给出在不同误差允许范围内的回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系。1压水堆核电厂二回路原则性热力系统某1000MW压水堆核电厂二回路原则性热力系统，如图1所示。由图1可见，蒸汽发生器将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧的给水。蒸汽发生器出口的主蒸汽一部分用于加热蒸汽去往新蒸汽再热器，其余部分进入汽轮机高压缸做功。高压缸的回热抽汽引至高压加热器，高压缸排汽除收稿日期20130809基金项目吉林省科技发展计划资助项目20110409；吉林省教育厅”十二五”科学技术研究项目吉教科合字【2012】第93号。作者简介李勇1964，男，教授，工学博士。从事汽轮机运行性能诊断、优化运行技术研究。汽轮机技术第56卷图1采1000MW压水堆核电厂二回路原则性热力系统部分送往除氧器外，大部分送往汽水分离器和再热器进行除再热器的再热蒸汽定压比热。湿和再热。核电汽轮机在反应堆外利用新蒸汽和高压抽汽对于不同的工况，即使R1和R2再热器的传热端差认为对高压缸排汽进行再热。抽汽再热器R1的热量来自高压是常数，但由于不同工况下R1和R2再热器加热蒸汽压力的缸的抽汽，新蒸汽再热器R2的热量来自蒸汽发生器产生不同，故其对应的饱和温度也不同。故R2再热器的加热蒸的新蒸汽。R1再热器与R2再热器的疏水混合流至H7高压汽流量与再热蒸汽流量不成正比。加热器。再热器的出口蒸汽为过热蒸汽，进入到汽轮机低压同理，对于R1再热器，加热蒸汽流量与再热蒸汽流量也缸继续做功。低压缸的回热抽汽引至低压加热器，排汽排放到凝汽器冷凝为凝结水。然后凝结水经凝结水泵、轴封加热器及低压加热器送至除氧器。汽水分离器的疏水、高压加热器的逐级自流疏水流至除氧器，而除氧器出口的给水经给水泵升压及高压加热器的加热后最终去往蒸汽发生器。2不同工况下再热器疏水流量与主蒸汽流量的关系21再热器总疏水量与再热蒸汽流量之间的关系由图1可见，对R2再热器列热平衡方程有DH一H，7DH一1式中，D为去往R2再热器的新蒸汽流量，TH；D为再热蒸汽流量，TH；H为去往R2再热器的新蒸汽饱和焓值，KJKG；为R2再热器的饱和疏水焓值，KJKG；H、H分别为R2再热器进、出121蒸汽焓值，KJKG；R为再热器效率。令H一AT2ATT。一T3而则DTT,A一0LTJTH一02RH一HCDTR2一T一0L一02DR4567式中，、分别为R1再热器和R2再热器的上端差，；T、F分别为RL再热器和R2再热器加热蒸汽压力对应的饱和疏水温度，；TJ、T分别为流过R2再热器的再热蒸汽进出口温度，OC；AT为流过R2再热器的再热蒸汽温升，OC；R为R2再热器加热蒸汽压力对应的汽化潜热，KJKG；CP为流过R2不成正比。由于R1和R2再热器的疏水均流至H7高压加热器，令D由DD8式中，D为再热器疏水流量，TH；D为去往R1再热器的高压缸抽汽量，TH。显然，两个再热器的总疏水量与再热蒸汽流量也不成正比。某1000MW核电机组在不同工况下再热器疏水流量与再热蒸汽流量的对应关系如图2所示。O1OLLLLZU删硼帅40ILI5OOO再热蒸汽流量州H图2再热器疏水流量随再热蒸汽流量的变化由图2可见，当假定不同工况下再热器总疏水量与再热蒸汽流量成正比时，将引起1255的相对误差。22再热蒸汽流量与主蒸汽流量之间的关系某1000MW核电机组在不同工况下再热蒸汽流量与主蒸汽流量的对应关系如图3所示。同理，由图3可见，不同工况下再热蒸汽流量与主蒸汽流量不成正比。但当假定再热蒸汽流量与主蒸汽流量成正比时，将引起329的相对误差。23再热器疏水流量与主蒸汽流量之间的关系因此，结合图2与图3的分析可知，不同工况下再热器疏水流量与主蒸汽流量也不成正比。枷枷枷0Q咖骣攫舔亲畦第2期李勇等核电汽轮机回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系分析97喜委鬟睫50O0400O3OO020O0100000图3LO0O20003O0040005000600O7000主蒸汽流量TH再热蒸汽流量随主蒸汽流量的变化3不同工况下高压缸回热抽汽量与主蒸汽流量的关系31H7高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系由图1可见，对H7高压加热器有D，H。一H1DH一IRDH。一H9式中，D为H7高压加热器的回热抽汽流量，TH；D为给水流量，TH；。为H7高压加热器的回热抽汽焓值，KJKG；H。为H7高压加热器的回热抽汽压力对应下的疏水焓值，KJKG；为再热器疏水焓值，KJKG；H。和H以分别为H7高压加热器的出II水焓和H6高压加热器的出口水焓，KJKG；R为高压加热器效率。蒸汽发生器的排污率为0，有D0D10式中，为蒸汽发生器出口的主蒸汽流量，TH。联立式9式10，可得D1HLHAD女H一HL，11、D0HLH1D0H1一H1对于式11右边第一项，与式1的分析原理相似，故HLHCL1一LT一T12式中，。、。分别为H7高压加热器的上端差和下端差，OC；T为H7高压加热器的抽汽压力对应的饱和疏水温度，OC；TSL为经疏水冷却段后H7高压加热器出口疏水温度，OC；C。，为给水的定压比热。在不同的工况下，即使H7高压加热器的传热端差认为是常数，但由于不同工况下高压缸抽汽压力的不同，故其对应的饱和疏水温度及焓值、经疏水冷却段后加热器出口疏水温度及焓值也不同。而给水的定压比热由于水侧压力的变化也不同；对于式11右边第二项，同样由于不同工况下高压缸抽汽压力的不同，故其对应的饱和疏水焓值、经疏水冷却段后加热器出口疏水焓值也不同。所以综上所述，不同工况下H7高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量不成正比。某1000MW核电机组在不同工况下H7高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量的对应关系如图4所示。由图4可见，当假定在不同工况下H7高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量成正比时，将引起474的相对误差。32H6高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系由图1可见，对H6高压加热器有蜒最亲回椎寰囊出甚墨00100020003000加00500060007000主蒸汽流量TH图4H7高压加热器回热抽汽量随主蒸汽流量变化D2H以一H2DLDHLH2叩D一H“313式中，D2为H6高压加热器的回热抽汽流量，TH；H为H6高压加热器的回热抽汽焓值，KJKG；H为H6高压加热器的回热抽汽压力对应下的疏水焓值，KJKG；H为H6高压加热器的进口水焓值，KJKG。联立式10和式13，可得D2H一HDD1H1一H2，、DOH一H2DOH一H2、。同理，不同工况下H6高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量也不成正比。某1000MW核电机组在不同工况下H6高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量的对应关系如图5所示。3OO嘲囊200回椎粪00蟾_0010OO2O0O30O040帅5O006000700O主蒸汽流量TH图5H6高压加热器回热抽汽量随主蒸汽流量变化由图5可见，当假定在不同工况下H6高压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量成正比时，将引起55的相对误差。33除氧器回热抽汽量与主蒸汽流量之间的关系同理，不同工况下除氧器回热抽汽量与主蒸汽流量也不成正比。由图6可见，当假定在不同工况下除氧器回热抽汽量与主蒸汽流量成正比时，将引起128的相对误差。4不同工况下低压缸回热抽汽量与主蒸汽流量的关系由图1可见，对H2低压加热器有D一ZD一向15式中，D为H2低压加热器的回热抽汽流量，TH；D为进入到H2低压加热器的凝结水流量,TH；H为H2低压加热器的回热抽汽焓值，KJKG；H为H2低压加热器的回热抽汽压力枷枷枷98汽轮机技术第56卷0100020003000加0050O06O0O7000主蒸汽流量TH图6除氧器回热抽汽量随主蒸汽流量的变化对应下的疏水焓值，KJKG；M和分别为H2低压加热器的进出口水焓，KJKG；为低压加热器效率。对式15变形得DE2HH16D一L、同理，得DC尸2202T一T，1、DHHF、式中，02、分别为H2低压加热器的上端差和下端差，；为H2低压加热器的抽汽压力对应的饱和疏水温度，；F为经疏水冷却段后H2低压加热器出口疏水温度，OC；C。为凝结水的定压比热。在不同的工况下，即使H2低压加热器的传热端差认为是常数，但由于不同工况下低压缸抽汽压力的不同，故其对应的饱和疏水温度及焓值、经疏水冷却段后加热器出口疏水温度及焓值也不同。而凝结水的定压比热由于水侧压力的变化也不同，故II2低压加热器回热抽汽量与进入到II2低压加热器的凝结水流量不成正比。而进入到II2低压加热器的凝结水流量与主蒸汽流量也不成正比，所以II2低压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量不成正比。同理，其余的低压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量也不成正比。某1000MW核电机组在不同工况下H1、II2、H3及H4低压加热器回热抽汽量与主蒸汽流量的对应关系分别如图7一图L0所示。010002000300040UU5UTM6IU7000