汽轮机原理 7 2核电汽轮机课件

汽轮机原理

PrincipleofSteamTurbine汽轮机原理

PrincipleofSteamTurb2一、压水堆核电站的系统和设备压水堆核电厂的系统和设备，通常可以分为两大部分核的系统和设备部分（核岛）常规的系统和设备部分（常规岛）核电厂运行的基本原则和常规的火力发电厂一样，都是根据电厂负荷需要量来调节反应堆（锅炉）的发热量，使得热功率和电负荷相平衡。核电厂与火力发电厂的不同之处，在于核电厂是以原子核裂变时产生的能量作为能源。第三节核电汽轮机2一、压水堆核电站的系统和设备核电厂运行的基本原则和常规的火3二、核电汽轮机的类型按进汽参数分类：过热蒸汽汽轮机和饱和蒸汽汽轮机过热蒸汽汽轮机：反应堆采用高温气冷堆和改进型石墨气冷堆进汽参数达到常规火电厂的标准，容量达到甚至超过常规火电厂饱和蒸汽核电站汽轮机反应堆采用轻水堆（包括压水堆和沸水堆）压水堆平均出口温度低于310℃

二回路产生的压力较低（6~8MPa)的饱和蒸汽。目前饱和蒸汽汽轮机约占核电站总装机容量89%。第三节核电汽轮机3二、核电汽轮机的类型第三节核电汽轮机4二、核电汽轮机的特点（1）新蒸汽参数低，且多用饱和蒸汽（2）理想焓降小，容积流量大（3）腐蚀和侵蚀饱和汽轮机大部分级处于湿蒸汽区工作，汽轮机部件容易受到腐蚀和侵蚀，降低机组的使用寿命，降低汽轮机级的相对内效率（4）汽水分离再热器饱和蒸汽汽轮机在高、低压缸之间必须装设汽水分离再热器，采用汽水分离再热器，高压缸排汽中98%的水分可被除去，采用汽水分离再热器也是核电机组与火电机组的重要区别之一。（5）半速机：把汽轮机的转速降低一半在不增加转子和叶片零件的应力水平条件下，采用半速机，其排汽面积可增至原来的4倍，流量和功率也大致达到4倍，其技术经济优越性较突出。（6）甩负荷易超速第三节核电汽轮机4二、核电汽轮机的特点第三节核电汽轮机5第七章核电汽轮机5第七章核电汽轮机6二、核电汽轮机的特点（1）新蒸汽参数低，且多用饱和蒸汽（2）理想焓降小，容积流量大一回路压力决定堆内温度低→二回路进汽参数低（6~8Mpa)焓降小，流量大与相同功率常规电厂汽轮机相比，理想焓降约小一半容积流量约大60~90%结构特点:(1)进、排汽管路尺寸增大；（2）高压缸采用双流道，两个排汽口，低压缸采用多缸双流道，多个排汽口；（3）叶片高度大，末级采用更长的叶片；汽耗，kg/kw·h:火电3，核电5.5第三节核电汽轮机6二、核电汽轮机的特点一回路压力决定堆内温度低→二回路进汽参7二、核电汽轮机的特点（6）甩负荷易超速（主要原因是汽轮机中积聚的水分多）HP在湿区：进口湿度（0.2-0.4)%，出口湿度（12-15）%低压出口湿度比火电大：火电（6~8）%；核电（9~11）%闪蒸—易引起超速甩负荷易超速原因：1）甩负荷后留在通流部分内、蒸汽联通管和汽水分离再热器等处的大量蒸汽，继续流经各级膨胀做功；2）饱和蒸汽汽轮机的静子零部件表面由于积水形成水膜，当汽轮机甩负荷时，通流部分压内蒸汽压力突然降低引起水膜闪蒸而产生大量蒸汽，也会在级内膨胀做功，导致汽轮机超速。湿蒸汽对效率的影响：湿度，粒度，可用下列经验公式计算第三节核电汽轮机7二、核电汽轮机的特点HP在湿区：进口湿度（0.2-0.4)8二、核电汽轮机的特点总结核汽轮机主汽参数低，全机比焓降远小于常规电站汽轮机，在相同功率下全机通流级数多，因容积流量大，各级平均直径及通流面积大，结构尺寸大。核电汽轮机高压缸各级工作在饱和蒸汽区，湿气损失大，无中压缸，高压缸排汽需用主蒸汽和抽汽再热及汽水分离。低压缸部分级工作在过热区，低压缸缸数多。核电汽轮机全机内效率低于常规电站汽轮机。核电采用半数机可使级的平均直径增大，单级功率增大。第三节核电汽轮机8二、核电汽轮机的特点核汽轮机主汽参数低，全机比焓降远小于常9核电站的三个主要部分：反应堆、热交换装置和汽轮发电机组。反应堆：压水堆和沸水堆占87%以上

三、反应堆和核电汽轮机参数第三节核电汽轮机9核电站的三个主要部分：三、反应堆和核电汽轮机参数第三节10三、反应堆和核电汽轮机参数一回路主系统的典型流程：在压水反应堆中，采用除盐除氧的含硼水作为冷却剂，高压、大流量的冷却剂在堆芯吸收了核燃料裂变放出的热量，从反应堆压力容器的出口流出，经热管段进入蒸汽发生器传热管，将热量传给传热管外二回路侧的给水，产生蒸汽，进入二回路系统，推动汽轮发电机组发电；冷却剂由蒸汽发生器传热管流出，从过渡段进入冷却剂主泵，经主泵升压后，又流入反应堆。带有放射性的冷却剂始终循环流动于闭合的一回路主系统各环路中，与二回路系统是完全隔离的，这就使核蒸汽供应系统产生的蒸汽是不带放射性的，方便了二回路系统设备的运行与维修。热管段第三节核电汽轮机10三、反应堆和核电汽轮机参数一回路主系统的典型流程：在压水11一回路主系统(又可称为压水堆冷却剂系统)主要功能：由冷却剂将堆芯中因核裂变产生的热量传输给蒸汽动力装置并冷却堆芯，防止燃料元件烧毁。压反应堆汽轮机的回路包括：一回路系统和二回路系统二回路系统与常规火力发电厂的相应部分相似，主要功能：(1)将核蒸汽供应系统产生的热能转变成电能。(2)在停机或事故情况下，保证核蒸汽供应系统的冷却。一回路包括反应堆，蒸汽发生器，稳压器，冷却剂循环泵；二回路由汽轮机，凝汽器，回热加热器，给水泵，汽机旁路等组成。三、反应堆和核电汽轮机参数第三节核电汽轮机11一回路主系统(又可称为压水堆冷却剂系统)压反应堆汽轮机的12三、反应堆和核电汽轮机参数火电核电265~2800.755Mpa第三节核电汽轮机12三、反应堆和核电汽轮机参数火电核电265~2800.7513四、全速机和半速机1.为何出现半速机——提高容量，经济性越突出，但受到三个限制余速限制

强度限制

轴数限制：一般不大于6火电600MW火电1200MW核电1000MW核电1000MW第三节核电汽轮机13四、全速机和半速机火电600MW火电1200MW核电114四、全速机和半速机2.全速机与半速机的应用范围电网频率60Hz，几乎全部采用半速机电网频率50Hz，两种都有，1000MW及以上等级的汽轮发电机组，大多采用半速机第三节核电汽轮机14四、全速机和半速机第三节核电汽轮机15

半速机的经济性对百万千瓦等级核电，广东地区，与先进全速机相比，功率增加(3~5)%半速机与全速机每台造价差约2000万美元单位造价：设全速机为15亿美元/百万千瓦，则半速机单位造价=半速机单位造价下降很多15第七章核电汽轮机15半速机的经济性15第七章核电汽轮机16只有在混合区才存在此问题从用户观点出发，只要效率高，可靠性好，价格合理即可对中国情况，百万等级压水堆，半速机组的可靠性和经济性均优于全速机

全速机与半速机比较16第七章核电汽轮机16只有在混合区才存在此问题全速机与半速机比较16第七17第三节核电汽轮机17第三节核电汽轮机1818191920五、核电汽轮机典型结构及工作流程汽轮机结构由三个基本部分组成：1、转动部分：动叶栅、叶轮、轴、联轴器等部件。2、静止部分：汽缸、喷嘴叶栅、隔板、汽封及轴承等部件。3、附属设备：主汽阀、调节阀、调节系统、主油泵、辅助油泵等。第三节核电汽轮机20五、核电汽轮机典型结构及工作流程第三节核电汽轮机21第三节核电汽轮机五、核电汽轮机典型结构及工作流程以1000MW级机组为例，一回路平均压力15.5Mpa，平均温度310；故二回路参数也低：蒸汽发生器出口压力6.7MPa，温度为283，是含有一定湿度的蒸汽，湿度一般为0.2%~0.4%。21第三节核电汽轮机五、核电汽轮机典型结构及工作流程以1221000MW级核电汽轮机的典型结构如图：类型：冲动式四缸双流中间再热凝汽式饱和蒸汽汽轮机；组成：一个高压缸，三个低压缸，四缸均为双流式4个高、低压转子通过刚性联轴器接成一个轴系，再通过刚性联轴器与发电转子相联。每个转子由一对径向轴承支撑，只有一个推力轴承，安装在高压缸和第一低压缸之间第三节核电汽轮机221000MW级核电汽轮机的典型结构如图：第三节核电汽23高压缸：双流式，两个流道各有5个压力级（全周进汽、不调节流量）主蒸汽经过管道（4根）高压蒸汽柜（4个)弯管（4根）进汽口（上下各两个）高压缸膨胀作功排汽管排汽（8根，对称排列）

低压缸：双流式，每个流道各5个压力级再热蒸汽管道（6根,截止阀和调节阀）管道（6根）3个低压缸顶部进汽口低压缸膨胀作功排汽口（每个缸2个）凝汽器主汽阀和调节阀：汽轮机装有1只主汽阀和6只调节阀，分别控制6组喷嘴。运行时，首先1、2、3、4阀同时开启，当负荷超过90%时，5、6阀依次开启，效率较高转子结构：高压缸采用整锻式、低压缸可用整锻式或套装式

第三节核电汽轮机23高压缸：双流式，两个流道各有5个压力级（全周进汽、不调节24

转子结构

ALSTOM焊接Seimens套装东芝、日立整锻第三节核电汽轮机24转子结构ALSTOM焊接Seimens套装东芝25ArabelleFrance1530MW

焊接转子25Arabelle焊接转子26THEWORLDLARGESTCOMBINEDHP/IPRotorweight:126tons26THEWORLDLARGESTCOMBINEDH27六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置1、湿蒸汽的影响喷嘴叶栅流出的高速两相流（蒸汽和水），水滴流速低于蒸汽，由速度三角形可见：水滴打击在工作叶片进口边的背弧上，上部1/3背弧受到水滴侵蚀破坏最严重。HPLP水滴蒸汽第三节核电汽轮机27六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置HPLP水滴蒸汽第三28六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置2、去湿措施级内除湿装置：缝隙式去湿装置（喷嘴叶片）沟槽去湿装置（汽缸和隔板外环）级内除湿装置效率不高→采用外置式去湿装置汽水分离再热器优点：高压缸排汽经处理后，湿度为0.005~0.01，可改善机组工作条件，提高经济性缺点：增加汽轮机蒸汽流动阻力，增加设备投资，增加二回路故障几率但总体可提高装置效率2~2.5%第三节核电汽轮机28六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置第三节核电汽轮机29汽水分离器：布置在下方，98%的水分可被除去第一级再热器：布置在中间，高压缸第一级抽汽（2.75MPa)第二级再热器：布置在顶部,新蒸汽（6.43MPa)采用两级再热优点：利用一部分低品位的蒸汽代替新汽，循环效率提高0.5%第三节核电汽轮机29汽水分离器：布置在下方，98%的水分可被除去第三节核30七、核电站汽轮机的可靠性按照分级表的评级，所有运行事件分为一至七级。1986年4月26日，世界上最严重的核事故在苏联切尔诺贝利核电站发生。大亚湾核电厂2010年5月~11月发生辐射泄漏事故。当中两宗评定为“非等级”，10.23一宗评为“一级”运行事件。“非等级”及一级事件分别代表与核安全无关及对核安全没有影响。总体来看：核电汽轮机的可靠性水平很高。第三节核电汽轮机30七、核电站汽轮机的可靠性第三节核电汽轮机汽轮机原理

PrincipleofSteamTurbine汽轮机原理

PrincipleofSteamTurb32一、压水堆核电站的系统和设备压水堆核电厂的系统和设备，通常可以分为两大部分核的系统和设备部分（核岛）常规的系统和设备部分（常规岛）核电厂运行的基本原则和常规的火力发电厂一样，都是根据电厂负荷需要量来调节反应堆（锅炉）的发热量，使得热功率和电负荷相平衡。核电厂与火力发电厂的不同之处，在于核电厂是以原子核裂变时产生的能量作为能源。第三节核电汽轮机2一、压水堆核电站的系统和设备核电厂运行的基本原则和常规的火33二、核电汽轮机的类型按进汽参数分类：过热蒸汽汽轮机和饱和蒸汽汽轮机过热蒸汽汽轮机：反应堆采用高温气冷堆和改进型石墨气冷堆进汽参数达到常规火电厂的标准，容量达到甚至超过常规火电厂饱和蒸汽核电站汽轮机反应堆采用轻水堆（包括压水堆和沸水堆）压水堆平均出口温度低于310℃

二回路产生的压力较低（6~8MPa)的饱和蒸汽。目前饱和蒸汽汽轮机约占核电站总装机容量89%。第三节核电汽轮机3二、核电汽轮机的类型第三节核电汽轮机34二、核电汽轮机的特点（1）新蒸汽参数低，且多用饱和蒸汽（2）理想焓降小，容积流量大（3）腐蚀和侵蚀饱和汽轮机大部分级处于湿蒸汽区工作，汽轮机部件容易受到腐蚀和侵蚀，降低机组的使用寿命，降低汽轮机级的相对内效率（4）汽水分离再热器饱和蒸汽汽轮机在高、低压缸之间必须装设汽水分离再热器，采用汽水分离再热器，高压缸排汽中98%的水分可被除去，采用汽水分离再热器也是核电机组与火电机组的重要区别之一。（5）半速机：把汽轮机的转速降低一半在不增加转子和叶片零件的应力水平条件下，采用半速机，其排汽面积可增至原来的4倍，流量和功率也大致达到4倍，其技术经济优越性较突出。（6）甩负荷易超速第三节核电汽轮机4二、核电汽轮机的特点第三节核电汽轮机35第七章核电汽轮机5第七章核电汽轮机36二、核电汽轮机的特点（1）新蒸汽参数低，且多用饱和蒸汽（2）理想焓降小，容积流量大一回路压力决定堆内温度低→二回路进汽参数低（6~8Mpa)焓降小，流量大与相同功率常规电厂汽轮机相比，理想焓降约小一半容积流量约大60~90%结构特点:(1)进、排汽管路尺寸增大；（2）高压缸采用双流道，两个排汽口，低压缸采用多缸双流道，多个排汽口；（3）叶片高度大，末级采用更长的叶片；汽耗，kg/kw·h:火电3，核电5.5第三节核电汽轮机6二、核电汽轮机的特点一回路压力决定堆内温度低→二回路进汽参37二、核电汽轮机的特点（6）甩负荷易超速（主要原因是汽轮机中积聚的水分多）HP在湿区：进口湿度（0.2-0.4)%，出口湿度（12-15）%低压出口湿度比火电大：火电（6~8）%；核电（9~11）%闪蒸—易引起超速甩负荷易超速原因：1）甩负荷后留在通流部分内、蒸汽联通管和汽水分离再热器等处的大量蒸汽，继续流经各级膨胀做功；2）饱和蒸汽汽轮机的静子零部件表面由于积水形成水膜，当汽轮机甩负荷时，通流部分压内蒸汽压力突然降低引起水膜闪蒸而产生大量蒸汽，也会在级内膨胀做功，导致汽轮机超速。湿蒸汽对效率的影响：湿度，粒度，可用下列经验公式计算第三节核电汽轮机7二、核电汽轮机的特点HP在湿区：进口湿度（0.2-0.4)38二、核电汽轮机的特点总结核汽轮机主汽参数低，全机比焓降远小于常规电站汽轮机，在相同功率下全机通流级数多，因容积流量大，各级平均直径及通流面积大，结构尺寸大。核电汽轮机高压缸各级工作在饱和蒸汽区，湿气损失大，无中压缸，高压缸排汽需用主蒸汽和抽汽再热及汽水分离。低压缸部分级工作在过热区，低压缸缸数多。核电汽轮机全机内效率低于常规电站汽轮机。核电采用半数机可使级的平均直径增大，单级功率增大。第三节核电汽轮机8二、核电汽轮机的特点核汽轮机主汽参数低，全机比焓降远小于常39核电站的三个主要部分：反应堆、热交换装置和汽轮发电机组。反应堆：压水堆和沸水堆占87%以上

三、反应堆和核电汽轮机参数第三节核电汽轮机9核电站的三个主要部分：三、反应堆和核电汽轮机参数第三节40三、反应堆和核电汽轮机参数一回路主系统的典型流程：在压水反应堆中，采用除盐除氧的含硼水作为冷却剂，高压、大流量的冷却剂在堆芯吸收了核燃料裂变放出的热量，从反应堆压力容器的出口流出，经热管段进入蒸汽发生器传热管，将热量传给传热管外二回路侧的给水，产生蒸汽，进入二回路系统，推动汽轮发电机组发电；冷却剂由蒸汽发生器传热管流出，从过渡段进入冷却剂主泵，经主泵升压后，又流入反应堆。带有放射性的冷却剂始终循环流动于闭合的一回路主系统各环路中，与二回路系统是完全隔离的，这就使核蒸汽供应系统产生的蒸汽是不带放射性的，方便了二回路系统设备的运行与维修。热管段第三节核电汽轮机10三、反应堆和核电汽轮机参数一回路主系统的典型流程：在压水41一回路主系统(又可称为压水堆冷却剂系统)主要功能：由冷却剂将堆芯中因核裂变产生的热量传输给蒸汽动力装置并冷却堆芯，防止燃料元件烧毁。压反应堆汽轮机的回路包括：一回路系统和二回路系统二回路系统与常规火力发电厂的相应部分相似，主要功能：(1)将核蒸汽供应系统产生的热能转变成电能。(2)在停机或事故情况下，保证核蒸汽供应系统的冷却。一回路包括反应堆，蒸汽发生器，稳压器，冷却剂循环泵；二回路由汽轮机，凝汽器，回热加热器，给水泵，汽机旁路等组成。三、反应堆和核电汽轮机参数第三节核电汽轮机11一回路主系统(又可称为压水堆冷却剂系统)压反应堆汽轮机的42三、反应堆和核电汽轮机参数火电核电265~2800.755Mpa第三节核电汽轮机12三、反应堆和核电汽轮机参数火电核电265~2800.7543四、全速机和半速机1.为何出现半速机——提高容量，经济性越突出，但受到三个限制余速限制

强度限制

轴数限制：一般不大于6火电600MW火电1200MW核电1000MW核电1000MW第三节核电汽轮机13四、全速机和半速机火电600MW火电1200MW核电144四、全速机和半速机2.全速机与半速机的应用范围电网频率60Hz，几乎全部采用半速机电网频率50Hz，两种都有，1000MW及以上等级的汽轮发电机组，大多采用半速机第三节核电汽轮机14四、全速机和半速机第三节核电汽轮机45

半速机的经济性对百万千瓦等级核电，广东地区，与先进全速机相比，功率增加(3~5)%半速机与全速机每台造价差约2000万美元单位造价：设全速机为15亿美元/百万千瓦，则半速机单位造价=半速机单位造价下降很多45第七章核电汽轮机15半速机的经济性15第七章核电汽轮机46只有在混合区才存在此问题从用户观点出发，只要效率高，可靠性好，价格合理即可对中国情况，百万等级压水堆，半速机组的可靠性和经济性均优于全速机

全速机与半速机比较46第七章核电汽轮机16只有在混合区才存在此问题全速机与半速机比较16第七47第三节核电汽轮机17第三节核电汽轮机4818491950五、核电汽轮机典型结构及工作流程汽轮机结构由三个基本部分组成：1、转动部分：动叶栅、叶轮、轴、联轴器等部件。2、静止部分：汽缸、喷嘴叶栅、隔板、汽封及轴承等部件。3、附属设备：主汽阀、调节阀、调节系统、主油泵、辅助油泵等。第三节核电汽轮机20五、核电汽轮机典型结构及工作流程第三节核电汽轮机51第三节核电汽轮机五、核电汽轮机典型结构及工作流程以1000MW级机组为例，一回路平均压力15.5Mpa，平均温度310；故二回路参数也低：蒸汽发生器出口压力6.7MPa，温度为283，是含有一定湿度的蒸汽，湿度一般为0.2%~0.4%。21第三节核电汽轮机五、核电汽轮机典型结构及工作流程以1521000MW级核电汽轮机的典型结构如图：类型：冲动式四缸双流中间再热凝汽式饱和蒸汽汽轮机；组成：一个高压缸，三个低压缸，四缸均为双流式4个高、低压转子通过刚性联轴器接成一个轴系，再通过刚性联轴器与发电转子相联。每个转子由一对径向轴承支撑，只有一个推力轴承，安装在高压缸和第一低压缸之间第三节核电汽轮机221000MW级核电汽轮机的典型结构如图：第三节核电汽53高压缸：双流式，两个流道各有5个压力级（全周进汽、不调节流量）主蒸汽经过管道（4根）高压蒸汽柜（4个)弯管（4根）进汽口（上下各两个）高压缸膨胀作功排汽管排汽（8根，对称排列）

低压缸：双流式，每个流道各5个压力级再热蒸汽管道（6根,截止阀和调节阀）管道（6根）3个低压缸顶部进汽口低压缸膨胀作功排汽口（每个缸2个）凝汽器主汽阀和调节阀：汽轮机装有1只主汽阀和6只调节阀，分别控制6组喷嘴。运行时，首先1、2、3、4阀同时开启，当负荷超过90%时，5、6阀依次开启，效率较高转子结构：高压缸采用整锻式、低压缸可用整锻式或套装式

第三节核电汽轮机23高压缸：双流式，两个流道各有5个压力级（全周进汽、不调节54

转子结构

ALS