压水堆核电厂二回路热力系统

1、核电厂二回路热力系统压水堆核电厂二回路热力系统是将热能转变为电能的动力转换系统。将核蒸汽供应系统的热能转变为电能的原理与火电厂基本相同，两种情况都是建立在朗肯循环基础之上的，当然二者也有重大差别，现代典型的压水堆核电厂二回路蒸汽初压约6.5MPa，相应的饱和温度约为281,蒸汽干度99.75%; 而火力发电厂使用的新蒸汽初压约18MPa，温度为535甚至更高。因此，压水堆核电厂的理论热效率必然低于火电厂。火力发电厂与压水堆核电厂毛效率的参考数字分别约为39%和34%。火力发电厂通常将在高压缸作功后的排汽送回锅炉进行火力再热; 在核电厂，用压水堆进行核再热是不现实的，只能采用新蒸汽对高压缸排汽进

2、行中间再热。此外，火电厂的烟气回路总是开放的。在一个开式系统中，排入大气的工作后的载热剂温度总是高于周围环境的温度，也就是说，一些热量随载热剂排入大气而损失掉了。而核电厂的冷却剂回路总是封闭的。这不仅从防止放射性物质泄漏到环境是必须的，从热力学角度讲，它提高了循环的热效率。核电厂二回路系统的功能如下：构成封闭的热力循环，将核蒸汽供应系统产生的蒸汽送往汽轮机作功，汽轮机带动发电机，将机械能变为电能。作为蒸汽和动力转换系统，在核电厂正常运行期间，本系统工作的可靠性直接影响到核电厂技术经济指标。从安全角度讲，二回路的另一个主要功能是将反应堆衰变热带走，为了保证反应堆的安全，二回路设置了一系列系统和设

3、施，保障一回路热量排出，如蒸汽发生器辅助给水系统、蒸汽排放系统、主蒸汽管道上卸压阀及安全阀等就是为此设置的。控制来自一回路泄漏的放射性水平。二回路系统设计上，能提供有效的探测放射性漏入系统的手段和隔离泄漏的方法。同常规发电厂的实际热力系统一样，核电厂二回路热力系统，可分为局部热力系统和全面热力系统（又称为全厂热力系统）。局部热力系统表示某一热力设备同其它设备之间或某几个设备之间的特定联系，而全面热力系统则表示全部主要的和辅助的热力设备之间的特定联系。为了便于实际热力系统的构造和分析，通常的方法是绘制热力系统图。为了不同的目的，绘制热力系统的方法也有所区别。只表示热力设备之间的本质联系，相同的设

4、备只用一个表示，不表示备用设备,设备之间的联系以单线表示，管道附件一般不表示。按照这样的原则所绘制的热力系统，称为原则性热力系统。它只说明功率运行工况系统热力设计特征，是原理性的。与原则性热力系统相对应的，是全面性热力系统。它给出全部热力设计（主要的辅助的和备用的）以及按照选定循环将热能转化为电能过程中所必要的全部设备、连接管路、阀门等部件。它要反映系统的实际情况（包括各种工况下工质可能的通过路径，反映同类设备和备用设备的连接及切换方式等）。因此，全面性系统图决定了主设备和辅助设备的数量和类型，它是编制电厂设备和部件明细表的依据。未作说明时，本章所列二回路系统图均为原则性系统图。西屋公司设计的

5、压水堆核电厂二回路热力系统图8.1所示为西屋公司设计的压水堆核电厂二回路热力系统图。该系统由蒸汽发生器二次侧，汽轮发电机组、凝汽器、凝结水一给水系统及主要设备之间的管线和阀门组成。汽轮机采用的是一台双流高压缸和三台双流低压缸配置，串联在一根轴上，来自新蒸汽母管的主蒸汽管道经主汽阀和调节阀进入汽轮机，主汽阀用于停机时切断蒸汽供应；调节阀则用于按电网负荷的要求调节进汽量。从主蒸汽母管有一旁路管线与汽轮机并联，当电网阶跃大幅度降负荷或甩负荷时，蒸汽经此旁路管线排往凝汽器。 该系统的基本特征是凝汽器真空除氧，在给水泵上游没有单独设置除氧器，这种设计在西屋公司二回路设计中经常被采用。凝结水由凝结水泵及主

6、给水泵唧送，顺次经过若干回热加热器加热。图中的七级回热加热器分成两组，从凝结水泵至主给水泵之间的属于低压加热器，主给水泵至蒸汽发生器之间的属高压加热器。加热蒸汽凝结生成的疏水逐级自流，进入加热器疏水箱，或经疏水泵升压打入主给水管道。除凝结水和给水回热加热器外，还设有轴封蒸汽凝汽器和主给水泵汽轮机凝汽器来加热凝结水或给水，以便利用热能。  秦山1期的二回路热力系统 图8.2 是我国自行设计的秦山核电厂1期机组二回路原则性系统图。该机组设有三级低压加热器、三级高压加热器、一级除氧器，具有汽水分离和二级再热。汽轮机组采用一台双流高压缸和两台双流低压 缸 配置，给水泵采用的是电动离心泵。回热

7、加热器的疏水按逐级自流方式，高压加热器的疏水按逐级自流汇入除氧器，低压加热器疏水逐级自流最终汇入凝汽器。 大亚湾核电厂二回路热力系统 图8.3 所示为英国通用电气公司为大亚湾核电厂提供的二回路热力系统图，汽轮机采用一台双流高压缸和三台双流低压缸，采用两级再热，回热加热系统由4级低压加热、两级高压加热和一台除氧器，给水泵采用的是两台50%容量的 汽动给 水泵和一台50%容量的电动给水泵。   概述   主蒸汽系统的功能是把蒸汽发生器产生的蒸汽送到各用汽点。这些蒸汽用户有下列各设备和系统：汽轮机；汽轮机轴封系统；汽水分离再热器；通向凝汽器和大气的蒸汽排放系统；主给水泵汽轮机；辅

8、助给水泵汽轮机；除氧器等。   返回上级 主蒸汽系统的主要设计参数见表8.1 额定功率， 蒸汽管线的压力必须低于所属的蒸汽发生器在所有的可能运行工况下的压力。因此设计基准与蒸汽发生器二次侧相同。动力操作安全阀的整定点低于蒸汽发生器的设计压力，以达到限制蒸发器二次侧压力的作用。考虑到蒸汽管线压降、阀门特性和整定点误差，整定值定为8.3MPa。对于自行动作的弹簧加载安全阀，它们的整定点高于蒸汽发生器二次侧设计压力，为使在事故工况下，系统载荷的最大处的最高压力不超过设计压力的110，考虑到蒸汽管线压降、阀门特性和整定点误差，将整定点定为8.7MPa。安全阀是防止一、二回路超压的最后保护措施

9、，其总排放量取为额定蒸汽流量的110，但单只安全阀排放量受下列条件限制：在反应堆热停堆工况下，当一只安全阀失控开启时，不会导致反应堆所不允许的过度冷却。trtdpbrbrspantable tdp td pptable tdp trtdtrtdpimgtrtdptrtdpspan返回上级trtdptrtdpspan就核电厂的安全功能而言，主蒸汽系统与主给水系统或辅助给水系统相配合，能在电厂正常运行工况和事故工况下导出反应堆释放的热量，为了实现这一功能可与蒸汽排放系统联合使用。trtdptrtdpspan 系统描述span trtdpspan trtdptabletrtdpspan设计

10、压力span (spanMPaspantdpspan8.6trtdpspan设计温度span (tdpspan316trtdpspan运行压力span (100span额定功率，spanMPaspantdpspan6.71trtdpspan运行温度span (100 在高低压缸之间，还设有汽水分离再热器对高压缸排汽进行汽水分离和两级再热，采用两台汽动给水泵输送给水至蒸汽发生器。 以三环路的大亚湾核电厂为例,从每台蒸汽发生器顶部引出一根主蒸汽管道。三根主蒸汽管道分别穿过安全壳，进入主蒸汽隔离阀管廊，并以贯穿件作为主蒸汽管道在安全壳上的锚固点。三根主蒸汽管穿过主蒸汽隔离阀管廊后进入汽轮机

11、厂房，然后合并为一根公共的蒸汽母管。从蒸汽母管将蒸汽引往各用汽设备及系统，如图8.4所示。 (点击图片可放大每台蒸汽发生器出口处都装有限流器，它实际上是由若干喷嘴组合而成。其作用是限制蒸汽流率，防止发生蒸汽管道破裂时蒸汽流量过大对一回路造成过度冷却，从而给核电厂提供保护。每根主蒸汽管道穿过安全壳后，在主蒸汽隔离阀管廊的主蒸汽管道上装有7只安全阀，它们分为两组，一组是4台自行动作的弹簧加载安全阀，另一组为3台动力操作安全阀，这两组阀门都直接向大气排放蒸汽。其中动力操作的安全阀都装有先导阀的控制机构。为限制二回路的压力，动力操作的安全阀整定值都低于蒸汽发生器的设计压力；4台弹簧加载的安全阀的整定点

12、高于蒸汽发生器的设计压力。在每根主蒸汽管道上设有主蒸汽隔离阀，主蒸汽隔离阀为快速隔离阀，在正常运行工况为全开；在事故工况下(比如一根主蒸汽管道破裂，在收到主蒸汽隔离信号后5s内关闭。它是对称楔形双闸板闸阀。此外，还有一只与主蒸汽隔离阀并联的主蒸汽隔离阀旁路阀，这个旁路阀在汽轮机暖管过程中可打开提供小股蒸汽流量;此外在打开主蒸汽隔离阀前先打开此阀门以均衡主蒸汽隔离阀两侧压力,以便于主蒸汽隔离阀的开启。 主蒸汽管道的管径按最大蒸汽流量工况下，流速不超过50m/s 的原则确定。 在主蒸汽隔离阀上游，还设有一个气动蒸汽排放控制阀，它属于蒸汽排放系统，当需要时向大气排放蒸汽。除执行蒸汽排放功能外,气动蒸

13、汽排放控制阀可用来对电厂冷却降温。还有一只向辅助给水泵汽轮机供汽的接管。另外，在主蒸汽隔离阀上游装有一只氮气供应管线，作为蒸汽发生器干、湿保养用。鉴于所采用的新蒸汽为饱和汽的特点，在主蒸汽系统的若干处设有足够容量和性能完好的疏水装置，供启动、运行和停机过程中疏水。每条疏水管线设有气动隔离阀和单向止回阀。三条主蒸汽管线来的冷凝水先收集在疏水贮罐内，然后送到凝汽器或排放容器，或当凝汽器不能用时送到常规岛废液排放系统。 在汽轮机厂房内，从蒸汽母管引出四根管道与汽轮机主汽门(截止阀相连接。此外，还有两条通往凝汽器两侧的蒸汽旁路排放总管。与它连接的还有通向除氧器的蒸汽供汽和排放管线、通向两台主给水泵汽轮

14、机供汽管线以及去汽轮机轴封的供汽管线、通向汽水分离再热器的新蒸汽管线。两条蒸汽旁路排放总管由一根平衡管线连接在一起。系统特性 span span返回上级283名义流量 (kg/s537.8名义流量时压降 (MPa0.025最大压差(阀关闭时，MPa8.6主蒸汽隔离阀动作时间 (s5主蒸汽隔离阀故障安全位置关闭主蒸汽安全阀特性 设计压力 (MPa8.6设计温度 (316运行温度( 热停堆时292100额定功率时283整定压力 (MPa 动力操纵安全阀8.3自行动作安全阀8.7最大流量 (kg/s，8.6MPa时135最小流量(kg/s，8.6MPa时1028.5&#

15、160;回热加热器 返回上级 回热加热器按汽水介质传热方式不同可分为混合式和表面式两种。混合式加热器为汽水直接混合传热；表面式则由传热管将加热蒸汽和被加热水分隔开，通过传热管壁实现热传递。按表面式加热器水侧压力不同，位于凝结水泵和给水泵之间的加热器属于低压加热器，给水泵下游的加热器叫做高压加热器。混合式加热器 混合式加热器可将水加热至蒸汽压力下的饱和温度，即无端差，经济性好；由于没有金属传热面分隔，结构简单，并能去除所含气体，除氧器就是一个混合式加热器。但是混合式加热系统的缺点是在加热器出口需配备水泵，有的水泵在高温条件下工作，汽轮机变工况运行时，会影响水泵工作可靠性，因而要备用水泵

16、。为了防止水泵汽蚀，每台水泵上游要有高位水箱，这些都使得采用混合式加热器系统时系统和厂房布置复杂，增加设备投资。表面式加热器表面式加热器通过金属壁将加热蒸汽的凝结放热量传递给凝结水或给水，因有传热阻力，一般不能将水加热至加热蒸汽压力下的饱和温度。加热蒸汽压力对应的饱和温度和加热器出口水温之差称为端差。由于端差的存在，加大了蒸汽的作功能力损失，降低了电厂的热经济性。加热器设备造价较高。然而，就整个由表面式加热器组成的给水加热系统而言，却比混合式加热系统简单，运行也较安全可靠。因而，在现代电厂中，除除氧器外，普遍采用表面式加热器。    （1） 表面式加热器出口端差

17、 给水温度一定时，减小端差后可使抽汽压力降低，抽汽在汽轮机中的作功量就可以增加，可见，汽轮机的经济性随加热器差减小而提高，但减少端差的主要办法是增加传热面，增加加热器传热面使金属耗量和投资费用都要增加。经济的端差值要通过综合技术经济分析确定。   （2） 表面式加热器结构特点  表面式加热器多用U型管作为传热管的管壳式加热器。放置方式有立式和卧式两种，立式加热器占地面积小，便于检修，但对厂房高度有要求，且传热系数不及卧式加热器。单管试验表明，在同一凝结放热条件下，横管放热系数约为竖管的1.7倍。因此，卧式加热器得到日益广泛的应用。图8.5所示为我国大亚湾

18、核电厂采用的卧式低压加热器，它由一个壳体、U形管束，防蒸汽冲击板、隔板、管板和给水进、出口水室等组成。U形管胀接在管板上，管板再与水室和壳体焊在一起。给水从水室端下部进入，经U形管束从上半水室流出；加热蒸汽进入壳体遇到防蒸汽冲击板后，流向管束与壳体之间的环形蒸汽空间，沿U形管长度均匀分布，进入加热管束加热给水，凝结水由壳体底部的疏水口排出。 (点击图片可放大大亚湾核电厂的卧式高压加热器也是U形管表面式热交换器，加热蒸汽与给水流程与低压加热器情况类似。所不同的是，高压加热器除冷凝段外，还有独立的疏水冷却段。疏水冷却段位于加热器底部一个独立的罩壳内，其内部设有挡板，使加热蒸汽的凝结水与管内侧给水逆

19、流流动，提高传热效果，以使疏水温度进一步降低，使该级疏水自流到压力低一级的加热器时尽量减少对下一级抽汽的影响。   （3）加热器的连接方式在确定加热器的连接式时，应考虑到便于加热器退出运行检修，系统对给水温度影响小和系统简单等因素。近代大型核电厂，二回路加热器连接方式采用多列大旁路的设计。多列是指一级加热器分成几个并联的小加热器；大旁路是指几级加热器常联在一起，共用一个旁路管线。大亚湾核电厂低压加热器连接情况是:由凝结水抽取系统送来的凝结水，经隔离阀后分成三条并联管线，分别经过第1、2级低压加热器后，汇入母管中，经隔离阀后分成两列进入相互串联的第3、4级低压加热器，第4级低

20、压加热器出口的凝结水汇入一条管线至除氧器。因此，对于第1、2级低压加热，分成三列；第3、4级分成两列。每列的入口和出口设有隔离阀，同时有旁路阀。一列之内的相邻加热器间不设隔离阀，若某列的第3级加热器故障需隔离时，则该列中两级加热器的进出口隔离阀关闭，这时有1/2凝结水量经旁路阀与经过另一列两级加热器的1/2凝结水在出口混合后进入除氧器，此时给水温度有所降低，但机组的功率仍能维持100%。这种设计的主要优点是系统相对简单，设备投资费用小。 与多列大旁路对应的是小旁路连接方式。实际上是每一台加热器进出口都设置隔离阀和旁路阀，这种设计的好处是将加热器故障隔离对给水温度的影响减小到最小，但系统复杂，不

21、适合大型电厂。 抽汽系统 返回上级   各级低压加热器的蒸汽来自低压缸抽汽。在从低压缸通往加热器的抽汽管道上装有逆止阀和隔离阀，逆止阀的位置尽量靠近抽汽口，以减少中间容积，防止汽轮机甩负荷时蒸汽或水倒流入汽轮机；隔离阀位置靠近加热器端，防止加热器传热管破裂或疏水受堵造或壳侧满水时倒流入抽汽管道。大亚湾核电厂二回路一、二级低压加热器直接布置在凝汽器喉部，这样大大缩短了抽汽管道长度，减小了湿汽容积，降低了汽轮机超速的危险性，所以这种情况下抽汽管道上不装逆止阀和安全阀。用于高压加热器的抽汽来自高压缸，抽汽管线上设有逆止阀和隔离阀，设置原则与上述低压加热器的相同。 疏水系统 返回上级     加热蒸汽在加热器或管道内的凝结水称为疏水。这里讲的疏水指加热器壳侧的凝结水。疏水方式有采用逐级自流的连接系统、采用疏水泵的连接系统和疏水冷却器系统。逐级自流疏水系统疏水泵系统疏水冷却器系统(点击图片可放大表面式加热器的疏水利用相邻加热器之间的压力差，将抽汽压力较高的加热器内的疏水逐级自流至相邻压力较低的一级加热器中，这样的疏水系统称为逐级自流疏水系统。对一个全部采用逐级自流的疏水系统，高压加热器逐级自流疏水至除氧器；对于除氧器前面几级低加加热器，疏水最终