第1章-压水堆核电厂二回路热力循环-下.ppt

1、1-9 理想气体,分子为不占体积的弹性质点,除碰撞外分子间无作用力,理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。,1.9.1 理想气体的基本假设,Pa,m3,kg,气体常数,单位为J/(kgK),K,R = MRg = 8.314 5 J/(molK),1.9.2 理想气体的状态方程,1.9.3 比热容定义和分类,定义：,c与过程有关 c是温度的函数,按过程分类,质量定压热容（比定压热容） 质量定容热容（比定容热容）,1. 比定容热容cV,1.9.4 理想气体比定压热容，比定容热容和迈耶公式,2. 比定压热容cp,3. cp- cV,迈耶公式,4. 定值比热容,1.9.5 理想气体的比热容比,理想气

2、体热力学能和焓仅是温度的函数,2),1.9.6 理想气体的热力学能和焓,1) 因理想气体分子间无作用力,1.9.7 理想气体的熵,理想气体的熵是状态参数,定比热,气体自由膨胀,取全部气体为系统,p2, v2,110 饱和状态、饱和温度和饱和压力,1.10.1 汽化和液化,汽化：由液态到气态的过程,蒸发：在液体表面进行的汽化过程,液化：由气相到液相的过程,沸腾：在液体表面及内部进行 的强烈汽化过程。,1.10.2 饱和状态,当汽化速度=液化速度时，系统处于动态平衡，宏观上气、液两相保持一定的相对数量饱和状态。,饱和状态的温度饱和温度，ts(Ts) 饱和状态的压力饱和压力，ps,加热，使温度升高如

3、 t，保持定值，系统建立新的动态平衡。与之对应，p变成ps。,一一对应，只有一个独立变量。,1.10.3 几个名词 饱和液处于饱和状态的液体： t = ts； 干饱和蒸汽处于饱和状态的蒸汽：t = ts； 未饱和液 温度低于所处压力下饱和温度的液体：t ts, t ts = d 过热度； 湿饱和蒸汽饱和液和干饱和蒸汽的混合物：t = ts。,使未饱和液达饱和状态的途径：,不变,不变,干度,（湿度 y =1x）,x,0,1,饱和液,湿饱和蒸汽,干饱和蒸汽,湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用w 或 x 表示。,111 水定压加热汽化过程,1.11.1 水定压加热汽化过程,预热,汽化,过热,t ts,

4、t = ts,t = ts,t = ts,t ts,o,p,v,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,a,a,ax,a”,ad,.,.,.,C,bx,bd,b,b,b”,cx,cd,c,c,c”,1.11.2 水定压加热汽化过程的p-v图及T-s图,o,T,s,.,C,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,a,a”,ad,下界限线,上界限线,下界限线,上界限线,a,.,.,a,a,ax,a”,ad,一点 临界点,两线,上界限线 下界限线,三区,液,汽液共存,汽,五态,未饱和水,饱和水,湿蒸汽,干饱和蒸汽,过热蒸汽,112 水和水蒸气状态参数及图表,水和水蒸气的状态参数可 按不同

5、区域，由给出的独立状 态参数通过实际气体状态方程 及其他一般关系式计算（通常 由计算机计算）或查图表确定。,在动力工程中水蒸气不 宜利用理想气体性质计算,1.12.1 水和水蒸气状态参数,1. 零点规定,规定：三相点液态水热力学能及熵为零,可近似为零,2. 未饱和水（t，p）,查图表或由专用程序计算,压力不太高时，可近似,3. 饱和水和饱和水蒸气(ps和ts) 查图表或由专用程序计算,4. 过热蒸汽（p，t）,查图表或由专用程序计算。,4. 湿饱和蒸汽,由ts（或ps）与x共同确定：,未饱和水,过热蒸汽,湿饱和蒸汽,1.12.2 水蒸气表 1.饱和水和干饱和蒸汽表,饱和水和干饱和蒸汽表（节录）

6、 (一)依温度排列,(二) 依压力排列,饱和水和干饱和蒸汽表（节录）,2. 未饱和水和过热蒸汽表,1.12.3 水蒸气的焓熵（h - s）图,x = 0.94,x = 0.98,p = 0.1MPa,0.02MPa,0.002MPa,1MPa,550,450,200,100,350,m3/kg,m3/kg,x =1,s kJ/(kgK),h kJ/ kg,h kJ/ kg,5.0,6.0,7.0,7.0,8.0,9.0,s kJ/(kgK),3700,3500,3300,3100,2700,3500,3300,3100,2700,2500,2300,焓熵(h-s)图,定干度线 定压线 定温线

7、定容线,1.12.4 水和水蒸气热力性质程序简介,目前，多数软件采用IFC公式，适用范围：273.161 073.15 K；0100 MPa；将整个区域分成6个子区域，用不同的公式描述，它们的边界线也用不同的函数表达。,1997年,国际水和蒸汽性质协会（IAPWS）推出IAPWS-IF97作为 水和水蒸汽热力学性质的国际工业标准，适用范围为：273.15 K T 1 073.15 K，p 100 MPa；1 073.15 K T 2 273.15 K p 10 MPa。IAPWS-IF97将此有效范围分为5个计算子区域： 1未饱和水区，2过热蒸汽区，3临界水和临界蒸汽区，4饱 和区，5超高温（

8、过热）蒸汽区。,严家騄教授推算出统一公式，满足新骨架表的要求。 张喻研究员研制了科学研究用水和水蒸气热力性质程序。,113 水蒸气的基本过程,1.13.1 基本公式,过程中状态参数确定图表或专用程序计算。 功、热量的计算式：,o,T,s,.,C,.,.,0,1,2,3,ql,qsup,.,.,1.13.2 定压过程,1.13.3 定熵过程,注意：水蒸气,其中,为经验数字,过热蒸汽,饱和蒸汽,湿蒸汽,h,s,h1,s1,h2,1,2,.,.,汽化潜热,1-14 热力循环,1.14.1 定义： 封闭的热力过程。 特性：一切状态参数恢复原值，即,1.14.2 可逆循环与不可逆循环,.,a,b,.,c

9、,d,.,b,.,c,d,.,.,a,循环净功量等于循环净热量,b,c,a,.,d,1.14.3 动力循环（正向循环,输出净功； 在pv图及Ts图上顺时针进行； 膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。,a,b,c,.,.,d,.,wnet,qnet,动力循环热效率,循环经济性指标：,收益,代价,o,p,v,o,T,s,.,.,.,.,1,2,3,4,TH,TL,1,2,3,4,.,.,.,.,wnet,qnet,115 卡诺循环和卡诺定理,1.15.1 卡诺循环及其热效率 1. 卡诺循环,是两个热源的可逆循环,绝热压缩,等温吸热,绝热膨胀,等温放热,1 2,2 3,3 4,4 5,2. 卡诺

10、循环热效率,讨论：,2）,3）,第二类永动机不可能制成。,4）实际循环不可能实现卡诺循环，原因： a）一切过程不可逆； b）气体实施等温吸热，等温放热困难； c）气体卡诺循环wnet太小，若考虑摩擦， 输出净功极微。,5）卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。,1）,即,循环净功小于吸热量，必有放热q2。,1,2,3,4,TL,m,p,n,o,TH,。,。,。,。,1.15.2 概括性卡诺循环 1. 回热,3. 概括性卡诺循环及其热效率,1,2,T,s,O,.,3,4,.,.,.,q,q,2. 极限回热,q,1.15.3 多热源可逆循环 1. 平均吸（放）热温度,注意：1）Tm 仅在可逆过程

11、中有意义,2. 多热源可逆循环,2),o,1,2,s1,s2,T1,T2,Tm,s,T,o,1,2,n,m,T1,T2,TmL,s,T,TmH,A,o,p,g,r,B,.,.,.,.,1.15.4 卡诺定理 定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作 的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的 种类无关，与采用哪种工质也无关。 定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的 一切不可逆循环，热效率必小于可逆循环热效率。 理论意义： 1）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低T2； 2）提高热机效率的极限。,循环热效率归纳：,适用于一切工质，任意循环,适用于多热源可逆循环

12、，任意工质,适用于卡诺循环，概括性卡诺循环,任意工质,1.16.1 水蒸气朗肯循环 1）流程图,2）p-v及T-s图,.,.,.,1,2,3,4,5,6,.,.,p1,.,1,2,4,6,5,.,p1,p2,.,3,.,.,.,s,s,.,1-16 简单蒸汽动力装置循环朗肯循环,3）朗肯循环的热效率,若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则,1.16.3 初参数对朗肯循环热效率的影响 1. 初温t1,.,1T,2T,不变,.,.,.,.,.,2. 初压力 p1,但 x2下降且 p太高造成强度问题,.,.,.,.,.,不变,3. 背压 p2,基本不变,.,.,.,2b,3b,4b,但受制于环境温度，

13、不能任意,降低,同时，x2下降 。,.,.,.,.,1,2,3,4,6,5,p1,.,.,.,.,.,.,2act,4act,1.16.4 有摩阻的实际朗肯循环 1. T-s图及热效率,忽略水泵功：,不变,.,.,.,2. 不可逆性衡量 汽轮机内部相对效率T （简称汽机效率）,近代大功率汽轮机T 在0.92左右,（h1h2理想绝热焓降）,1.16.5 核电厂循环的理论热效率,4-1 水在蒸汽发生器中的预热、 汽化过程近似认为定压过程,1-2过程绝热,2-3乏汽在冷凝器中冷凝， 也为定压过程,4-3绝热压缩，给水泵消耗的功,循环净功,忽略水泵功,1.16.6 蒸汽参数对循环的影响,1. 蒸汽初压

14、力的影响,循环平均放热温度T m2 相等 ,但1p2p341p的平均吸热温度比循环12341 平均吸热温度高，因此初压较高的循环1p2p341p热效率较高。,单纯提高初压力，虽可使热效率提高，但同时也造成汽轮机出口蒸汽 干度下降，蒸汽干度过低将危及汽轮机的安全运行。,压水堆用二回路采用饱和蒸汽，饱和蒸汽的温度和压力一一 对应，提高二回路蒸汽温度的效果和提高压力效果一样。,提高二回路蒸汽温度（或压力）需提高一回路 冷却剂的温度，应提高一回路压力，所以，提 高一回路冷却剂压力是提高核电厂循环热效率 的有效途径。但是，这种影响受到水的热物理 性质的制约。例如，大亚湾核电厂反应堆出口 冷却剂平均温度为

15、329.8，一回路压力为15.5 MPa（饱和温度344.7）。若将之提高到20 MPa，其饱和温度365.7，两者相比，虽然冷却剂饱和温度提 高了21，可以使二回路蒸汽的初温有一定的提高，而带来循 环热效率的些微提高，但一回路压力却因此而提高了4.5MPa， 这将提高系统内各主要设备的承压要求及材料和加工制造的难 度，最终影响到电厂的经济性所以，目前压水堆核电厂一回路 系统的工作压力大多在15MPa。,2. 乏汽参数的影响,维持蒸汽初参数p1、T1不变，降低乏汽压 力p2，平均吸热温度仅稍有下降，而平均 放热温度却明显下降，因此热效率将提高。,乏汽压力p2选择取决于冷凝器内冷却流体 的温度，

16、冷却流体是自然界中的水。降低p2受制于环境温度。,提高核电厂循环热效率的方法，除提高初温（初压）及降低 终压外，还可以从减少循环的不可逆性和改进循环着手，如 采用抽汽回热循环、再热循环等。,3. 新蒸汽采用过热蒸汽,由于受反应堆压力的牵制，一回路 冷却剂出口温度升高的余地不大，二 回路蒸汽采用过热则必然降低压力,不变,1-17 再热循环,1.17.1 设备流程及T-s图,.,.,.,.,.,.,.,p1,pb,1.17.2 再热对循环效率的影响 忽略泵功：,？,t,取决于再热压力的选择！,.,.,.,.,.,.,p1,pb,.,.,pb,a,b,2,其他影响：x末上升（根本目的）； d0下降；

17、 复杂化，投资上升。,再热压力过低,再热压力过高,Tm2不变，Tm1下降， t,Tm2不变，Tm1上升， t，但x2改善不大。,.,.,与原循环相比,与原循环相比,Tm1,Tm2,Tm1,T”m1, 压水堆核电厂二回路简化流程,1.17.3 压水堆电厂的汽水分离再热循环,压水堆二回路循环的新蒸汽是饱和 或仅稍微过热的，因此提高蒸汽膨胀 终态的干度更显重要；,由于反应堆的构造的特征，不可能将蒸汽再送入蒸汽发生器再热，汽水分离再热过程在增设的汽水分离再热器内进行。,压水堆电厂再热的特征,核电厂的热源的特殊性，核电厂循环的再热是由新蒸汽完成， 因此对循环热效率的提高并不有利，但汽水分离再热对保证汽轮 机的安全运行提供了保障。,大亚湾核电站常规岛每台机组配备两个汽水分离再热器，分别 置于汽轮机低压缸的两侧。高压缸排汽压力为0.783MPa