第六章 核电站汽轮发电机组
核电汽轮机结构设计及运行特点分析_1
核电汽轮机结构设计及运行特点分析发布时间：2022-05-04T10:00:40.659Z 来源：《当代电力文化》2022年1期作者：丁浩[导读] 将核电厂技术特点作为研究的起点，分析压水堆核电站及相应的热力循环系统，丁浩福建福清核电有限公司福建福清 350318摘要：将核电厂技术特点作为研究的起点，分析压水堆核电站及相应的热力循环系统，通过对核电汽轮机技术特点进行探讨，分析在设计和结构上的应用特点，为理论及实践应用提供有力的支持。
核电厂的工作就是将核燃料轴在反应堆的裂变链式反应中产生的热量转变为电能，是我国目前重要的发电厂。
核燃料发生裂变反应主要通过热能的方式表现出来，通过一次、二次冷却剂的栽带和转变，通过蒸汽驱动汽轮发电机发电。
核电厂根据反应堆的不同可分为轻水堆核电厂、重水堆核电厂、石墨气冷堆发电常等。
轻水堆发电厂还可分为压水堆和沸水堆；石墨气冷堆可分为天然铀气冷堆及高温冷堆。
关键词：核电汽轮机；结构设计；运行特点在压水堆核电厂的运行过程中，向环境排放的放射性物质相比火电厂中粉煤灰排放的放射性物质含量较低，不会产生二氧化硫等有害气体。
相比气冷堆、重水堆、沸水堆等对比，压水堆的特点为功率密度高、结构紧凑、安全、操作简便、技术成熟、造价成分低等，因此成为了目前世界范围中核电厂最常用的类型。
我国的大亚湾、秦山等核电厂都采用的是压水堆类型发电，根据研究，在快中子增殖堆等发展成熟前，压水堆在我国核电厂的应用中有极大的优势。
一、关于压水堆核电厂压水堆核电厂就是通过压水反应堆通过核裂变能转变为热能，然后再形成蒸汽从而发电的核电厂。
压水堆的堆芯放置在压力容器中，水不仅是慢化剂，还是核心内燃料元件的一次冷却剂，能够将堆芯的热量带入蒸汽发生器的一次侧，传递到二次侧的水，在温度降低后再次进入堆芯，从而形成循环。
蒸汽发生器的二次侧中的水吸收热量，形成了具有一定压力的饱和蒸汽或微过热蒸汽，进入到汽轮机中做功。
做功完成后的蒸汽会进入到凝汽器中凝结成水，水泵再传输到蒸汽发生器二次侧，以此完成二回路系统[1]。
核电站汽轮发电机在线监测系统应用分析
■臣翻
Ｃｌ ｅ ａ ｎ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ
第２ ９卷 第 ５ 期
２ ０ １ ３ 年 ５月
电 网与 清 洁 能 源
Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ Ｃｌ ｅ ａ ｎ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ
Ｖｏ１ ． ２ ９ Ｎｏ ． ５ Ｍａ ｖ ２ ０１ ３
ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ．
冷， 转子绕组采用气隙取气斜流式氢 内冷 ， 定子铁 芯及 端部 结构件 采用 氢表 面冷 却 。发 电机 励磁 系统
采用 的是 旋转 整流 器无刷 励磁 系统 。 田湾 核 电站 汽 轮 发 电机 自投 入 商 运 以来 陆 续 安装 有温 度 在线 监 测 系统 、 发 电机 定 子 绕 组端 部 振
核电站的工作原理和结构
核电站的工作原理和结构热堆的概念中子打入铀－235的原于核以后，原子核就变得不稳定，会分裂成两个较小质量的新原子核，这是核的裂变反应，放出的能量叫裂变能；产生巨大能量的同时，还会放出2～3个中子和其它射线。
这些中子再打入别的铀－235核，引起新的核裂变，新的裂变又产生新的中子和裂变能，如此不断持续下去，就形成了链式反应利用原子核反应原理建造的反应堆需将裂变时释放出的中子减速后，再引起新的核裂变，由于中子的运动速度与分子的热运动达到平衡状态，这种中子被称为热中子。
堆内主要由热中子引起裂变的反应堆叫做热中子反应堆（简称热堆）。
热中子反应堆，它是用慢化剂把快中子速度降低，使之成为热中子（或称慢中子），再利用热中子来进行链式反应的一种装置。
由于热中子更容易引起铀－235等裂变，这样，用少量裂变物质就可获得链式裂变反应。
慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。
热中子堆一般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中，组成堆芯。
链式反应就是在堆芯中进行的。
反应堆必须用冷却剂把裂变能带出堆芯。
冷却剂也是吸收中子很少的物质。
热中子堆最常用的冷却剂是轻水（普通水）、重水、二氧化碳和氦气。
核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。
反应堆是核电站的核心。
反应堆工作时放出的热能，由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。
因此，整个一回路系统被称为“核供汽系统”，它相当于火电厂的锅炉系统。
为了确保安全，整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内，这样，无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。
由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与火电厂的汽轮发电机系统基本相同。
轻水堆――压水堆电站自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。
它们相应地被用到三种不同的核电站中，形成了现代核发电的主体。
目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。
轻水堆又分为压水堆和沸水堆。
90万千瓦核电站汽轮机简介
90万千瓦核电站汽轮机简介:1、由热能变为机械能的原动机：蒸汽机、内燃机、涡轮机——又分为汽轮机和燃气轮机。
汽轮机的特点：高温高压高转速，功率大体积小。
2、汽轮机分冲动式、反动式、轴流式、幅流式。
我们现在用的是轴流式——冲动式汽轮机。
这种汽轮机效率η高，功率N大，体积V小。
3、汽轮机的基本原理：汽体膨胀，产生速度，冲击推动叶片作功，带动转子旋转产生扭矩。
○1汽轮机作功需要一个高热源和一个低冷源，在海水温度一定时，初参数（t,p）愈高，可提高可利用焓降h，效率η就能提高。
另一方面，尽量利用汽体的汽化潜热r，也是提高效率η的一个办法。
机组的初参数：283℃，6.71Mpa，664.8kcal/kg排汽参数：40.3℃，7.5kpa，614.9 kcal/kg再加上高压缸排汽经再热，可利用焓降h仅为104.2 kcal/kg，这个焓降是很低的。
在凝汽器内放出的汽化潜热r=574.9 kcal/kg，大量的热量排到大海里去。
对于1kg汽体而言，排到大海里的热量是可利用热量的5.5倍，所以我们要尽量减少汽化潜热r的损失。
低真空采暖是一个最好的办法，几乎100%利用汽化潜热。
可是一年还有夏天，我们只能利用加热器加热给水减少汽化潜热r的损失，提高机组效率。
低真空的形成：1kg水的容积0.001m3，初蒸汽的容积0.2426 m3/kg，排汽的容积19. 6m3/kg，循环水凝结1kg排汽，可使19. 6 m3的空间形成真空。
汽机后面有真空，前面的汽体才能膨胀出现速度，达到汽流作功的目的。
所以，想要提高效率η，就要提高初始参数，提高可利用焓降h，利用汽化潜热r。
核电站提高初始参数受到限制，效率低是必然的，但核电站优势是明显的，将来国家发电主要依靠核电站。
机组增大功率主要是增大蒸汽流量。
○2速度三角形：汽流的相对速度w，轮周速度u，绝对速度c，进口角α，出口角β。
速度三角形是计算效率、功率的依据。
○3叶片、机翼的升力F：v1＞v2，p1＜p2，p2- p1=F若是平板或圆球在气流中就不可能产生升力。
第六章 循环冷却水系统
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二、联合泵站
联合泵站可分为下列两个主要部分： （1）进水，预过滤，细过滤； （2）泵房。 泵站从供水渠道直接取水，通过预过滤和细过滤设施同时向循 环水泵和核岛重要生水系统水泵供水。 每台机组的循环水管道又分成两个系列A和B，分别向三台凝汽 器的半侧供水。
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• 大亚湾核电站的布置为：厂区标高为+6.50mPRD（珠江水面基 准），汽机厂房底层标高采用+6.70mPRD，凝汽器底座布置在 +6.70mPRD上，而凝汽器水室最高点标高则为13.550m。在正 常潮位下循环水回路中考虑到管渠的阻力以后，虹吸高度约为 7m。
• 大亚湾核电站循环水系统平面布置如图所示。图中CM为海水进 水渠道，PX为联合泵站，HX为制氯站，MX为汽机厂房，CD为 混凝土海水输送管道及排水沟道，CC为虹吸井，冷却水通过虹吸 井后排入明渠流入海中。
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（4）消防水泵
• 消防水泵的容量设计准则为：用4台泵瞬间提供常规岛需用的最大 消防水量。按汽机主油箱起火事故计算，大亚湾核电站需要的消防 水量为1043m3／h，加上同时几个水龙带耗用水量为200m3/h， 总共需用消防水量为1243m3／h（不考虑两台机组同时发生上述 设计基准事故）。
一、概述
1、总布置
滨海电站的循环冷却水系统（简称循环水系统）三回路系统， 其标高布置，是确定厂区标高的两个主要决定因素之一。
科学与技术期末总复习题填空
绪论一、填空题1.18世纪未法国启蒙思想家狄德罗指出：技术是为了（某一目的）共同协作组成的（各种工具和规则体系）。
2.20世纪80年代，我国开始引入高技术这一名词，并于1986年3月制定了《高技术研究发展计划纲要》，这个纲要简称为（863计划）。
这一计划的实施对我国的经济发展和社会进步起到了极大的推动作用。
3.科学是反映客观事物的本质和运动规律的（知识体系），是分析、研究事物的一种探索过程，科学具有社会属性，是一项全社会的事业。
4. 科学认识发生和发展的动因有两个方面，一是存在于科学外部的，是社会的（经济发展）需要；二是存在于科学内部的，是科学认识本身的逻辑。
5.技术是人类利用自然规律控制、（改造）自然的过程和能力。
6.技术的来源有三条渠道，（生产实践）、（科学理论）和科学理论。
7.（创新）是科技进步的核心。
8. 在19世纪中叶以前，科学是落后于生产和技术的，科学、技术和生产之间的关系，是生产—技术—科学，从19世纪下半叶以后，这种关系形成了（科学—技术—生产）的发展顺序。
9. 我国1986年3月制定了《高技术研究发展计划纲要》（即863计划）中被评选列入该纲要的8个高技术群是：（生物）技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、（能源）技术、新材料技术和海洋技术。
10.科学发展经历了不同的时代。
从组织形式上看，16世纪是以科学家（伽利略）为代表的（个体活动）时代；17世纪是以科学家（牛顿）为代表的（松散的群众组织）时代；18世纪到第二次世界大战前是以科学家（爱迪生）的“实验工厂”为代表的（集体研究）时代；今天科学已经进入了（国际合作的跨国建制）时代。
二、选择题1.18世纪未法国启蒙思想家狄德罗指出：技术是为某一目的共同协作组成的各种工具和＿＿＿＿＿＿＿。
A.规则体系B.规章制度C.评价体系D.规定第一章科学发展与技术进步一、填空题1.自然选择学说的要点是（变异的普遍性）、（繁殖过剩）和（生存斗争与适者生存）。
核电站原理及系统
4.6 汽轮机轴封系统
4.6.1 系统功能
➢ 对主汽轮机、给水泵汽轮机和蒸汽阀杆提供密封，用以防止 空气进入和蒸汽外漏。 阻止空气自负压轴封处漏入汽轮机和给水泵汽轮机； 防止高压缸内高湿度排汽自低压轴封漏出，磨损轴封； 防止给水泵汽轮机高压侧和主要阀门内的蒸汽从轴封处外漏。
（任何一个阀门都是由固定部分（阀座）和可动部分（阀杆）两部分 组成。主汽阀和调节阀工作环境恶劣，要求可靠性高，所有在设计时 允许其有一定的漏气量，也就是阀杆漏气，这部分漏气能够防止密封 面的结垢，使阀门卡死。）
4.4.2 系统组成
凝汽器蒸汽排放系统
从排放管道上引出12根管道，每个凝汽器4根进汽管； 每根进汽管上装一个手动隔离阀和一个旁路排放控制阀。
除氧器给水箱排放系统
从排放总管上引出3根管道，每根管道上装一个手动隔离阀 和一个旁路排放控制阀。
大气蒸汽排放系统
三根独立管线分别接在相应的主蒸汽管道上。
4.4.3 系统主要设备
向反应堆保护系统、安全注射系统和蒸汽管路隔离动 作提供主蒸汽压力和流量信号。
4.3.2 系统描述
核岛部分 ➢ 三条主蒸汽管道，每条管道上有以下设备： ➢ 7个安全阀 三个动力操作安全阀，整定压力8.3MPa 四个常规弹簧加载安全阀，整定压力8.7MPa ➢ 向大气排放的接头 ➢ 主蒸汽隔离阀 ➢ 主蒸汽隔离阀旁路管线
核电站原理及系统
1－主轴 2－叶轮
转子 3－动叶栅 4－喷嘴（静叶机
4.2.3 反动式汽轮机
反动度：蒸汽在动叶通道内膨 胀时的理想焓降和在整个级的 滞止理想焓降之比，即
HOP HOP
HOCHOP HO
4.2.4 轮周功率与轮周效率
轮周功率：单位时间内蒸汽流对动叶栅所做的有效功率。
核电厂汽轮机的特点分析
核电厂汽轮机的特点分析摘要：核电汽轮机的参数低，流量及湿度均较大，具备节流调节的特点，其容量匹配主要以机随堆模式为主，通流裕量较小，于火电机组不同。
半速机和全速机比较，前者圆周速度小，所以应力较小，对于水腐蚀方面有较好的性能，但是半速机的制造的成本较全速机高。
所以，选型时主要结合地区实际情况、经济、技术指标，以及机组实际容量等来进行确定，就我国目前核电发展情况来看，对1000MW及以上等级的核电汽轮机机组主要以半速机为主，优势显著。
关键词：核电厂；汽轮机；特点分析1 核电厂汽轮机概述汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。
它的主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。
在采用化石燃料（煤、石油和天然气）和核燃料的发电厂中，基本上都采用汽轮机作原动机。
有时，汽轮机还直接用来驱动泵，以提高电厂的经济性或安全性。
来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。
由于汽轮机排气口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排气口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。
做完功的蒸汽称为乏汽，从排气口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水。
此凝结水由凝结水泵抽出送往蒸汽发生器构成封闭的热力循环。
为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保持较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。
由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。
若任空气在凝汽器内积累，必使凝汽器内压力升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功；同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化。
这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。
2 核电站汽轮机特点核电站汽轮机通常采用饱和水蒸汽（或微过热蒸汽）作为工质，并由高压汽缸、低压汽缸、汽水分离再热器、回热加热器和凝汽器等辅助设备组成。
其工作原理与普通电厂汽轮机相同，结构也大体上相近，唯有新蒸汽初参数较低而已（一般新蒸汽初压在5-7MPa范围内，过热度仅20~30℃左右）。
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（一）核汽轮机组的一般特点
5、易超速 由于核汽轮机组多数级工作在湿蒸汽区，通流 部分及管道表面覆盖一层水膜，导致机组甩负 荷时，压力下降，水膜闪蒸为汽，引起汽流速 骤增，这是核汽轮机组易超速的主要原因。 为防止超速，采用下列措施： (1)完善汽轮机的去湿和疏水机构，减少部件和通 道中凝结水。 (2)在汽水分离再热器后蒸汽进入低压缸前的管道 上装备快速关闭的截止阀。
器结构图。，主要参数
（2）立式汽水分离再热器
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图
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四、核电厂的热经济指标
（一）提高核电厂的热经济性的主要途径 1)提高热力循环的平均吸热温度； 2)降低平均放热温度； 3)减少传热温差； 4)减少管道、系统中的节流损失及散热损失； 5)提高热功转换机械设备（汽轮机、泵等）效 率。
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（一）核汽轮机组的一般特点
3、核汽轮机组多数级工作在湿汽区 饱和汽轮机组需采取除湿措施，以提高效率和保障安全 运行。高压缸中的湿度是核汽轮机特有的，高压缸内除 湿、水滴分布等问题尚需进一步研究。 4、采用汽水分离再热 由于新蒸汽是饱和汽，膨胀后即进人湿汽区，为保证 汽轮机安全经济运行，在蒸汽经过高压缸后．对高压缸 排汽进行汽水分离再热，以保证低压缸的效率和安全性。 因而，饱和汽轮机组无例外地设有汽水分离再热器，这 也是与火电机组的重要区别之一。
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二、核电厂汽轮机的特点
（一）核汽轮机组的一般特点 1．蒸汽参数低： （1）反应堆冷却剂温度提高的潜力已很小(堆芯出 口平均温度一般不超过330℃)；二回路蒸汽一般 为5MPa一7MPa的饱和汽； （2）汽耗率约比常规电厂高一倍； （3）与高参数汽轮机相比，低压缸发出的功率较 大；低压缸的效率对整机的效率影响大。 （4）排汽速度损失对效率有较大影响，这要求增 大排汽流通截面以降低排汽速度。
第六章 核电站汽轮发电 机组
重庆电力高等专科学校电厂饱和蒸汽汽轮机的总体配置
二、核电厂汽轮机的特点 三、汽水分离再热器 四、核电厂的热经济指标
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一、核电厂饱和蒸汽汽轮机的总体配置
① ② ③ ④
在总体配置上，饱和汽轮机组总是设计成高压 缸和一组低压缸串级式配置，在进入低压缸前 设置有汽水分离再热器，有的设计在汽水分离 再热器和低压缸之间设置中压缸或中压段。核 汽轮机组的布配形式主要有*：图 单轴四缸四排汽口型式； 单轴四缸六排汽口型式；大亚湾核电厂采用 单轴五缸六排汽口型式； 单轴五缸八排汽口型式。
结构图
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大亚湾核电厂汽水分禽再热器主要参数
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汽轮发电机组设备的组成图
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核汽轮机组的布配形式
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大亚湾核电厂的汽轮机基本参数
大亚湾核电厂的汽轮机为英国GEC—A公司设计制造的 多缸单抽冲动式汽轮机。 汽轮机的转速为3000 r/min，额定功率为900 MW，新 蒸汽参数为6．63MPa，283℃，低压缸徘汽压力为 0.0075 MPa，额定负荷下蒸汽流量为5515t/h。 汽轮机为4缸、六排汽口型式。1个高压缸和3个低压缸 皆为双流对分式。新蒸汽分4路经高压缸汽室后由进汽 短管导入高压缸，高压缸的两个排汽口．各通过4根蒸 汽管与低压缸两侧的汽水分离再热器相连。高压缸排汽 在汽水分离再热器经汽水分离再热后，进入低压缸，每 个低压缸的两个排汽口与一台凝汽器相接，整台汽轮机 共有6个抽汽口，供2组高压加热器和1组低压加热器以 及给水泵汽轮机用汽。除氧器用汽来自高压缸排汽。 20 2013-8-7 宋长华
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四、核电厂的热经济指标
4、汽耗量D。 汽耗量定义为汽轮发电机输出额定电功率 Pe所需要的蒸汽流量。
5、热耗率q0 热耗率定义为发电机每输出1kw．h电能所 消耗的热量。
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四、核电厂的热经济指标
6、热耗量Q。 热耗量定义为汽轮发电机组输出额定电功 率Pe所消耗的热量，即 7、核燃料消耗率和年消耗量 核燃料消耗率定义为每发1kw．h电能所耗 的核燃料，可表示为
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课堂作业
1、核汽轮机组的布配形式主要有哪几种？ 2、核汽轮机组的一般特点的哪些 ？ 3、现代核电厂的汽水分离再热器的类型有 哪两类？分离器作用是什么？ 4、核电厂核燃料消耗率的定义和公式是什 么？ 5、大亚湾核电厂的汽轮机型式、基本参数 是什么？
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（一）核汽轮机组的一般特点
2、体积流量大：由于蒸汽参数低，蒸汽可用比焓 降小，加之为了降低投资将单机功率取得很大， 这都导致核汽轮机组的体积流量大，因而对核汽 轮机配置和结构有以下要求： (1)600 MW一800MW以上核电机组高压缸也做成 双流； (2)通常只设高压缸和若干低压缸，不设中压缸； (3)低压缸体积流量大，要求增加排汽口数和排汽 截面以及采用更长的未级叶片。
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（二）核汽轮机组的转速选择
目前，世界上核电厂汽轮机有全速(3000 r/min， 3600 r/min)和半速(1500 r/min，1800 r/min)之分。 电网频率50 Hz的国家全速和半速分别为3000 r/min和1500 r/min。德国，英国和俄罗斯电网频 率均为50 Hz。 电网频率60 Hz的国家全速和半速分别为3600 r/min和1800 r/min。美国电网频率为60Hz。
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三、汽水分离再热器
一、作用： ① 为保证汽轮机安全运行，提高低压缸内效 率，在高、低压缸之间设置汽水分离再热器，
使进人低压缸的蒸汽具有一定过热度，从而使 低压缸排汽湿度达到可接受水平。
② 汽水分离再热器对核汽轮机组的经济性与 可靠性具有重要意义。
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三、汽水分离再热器
电厂净功率为发电机输出电功率扣除厂用电功率。 厂用电包括反应堆冷却剂泵，给水泵以及其他各种 机械、设备的动力消耗，一般占发电机输出功率的4 ％一8％。
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四、核电厂的热经济指标
3．汽耗率d0 定义为汽轮发电机组发出1kw.h电力所消耗的蒸 汽量。汽耗率是汽轮发电机组的一项重要经济性 指标。
2、结构形式（分类）及流程 现代核电厂普遍采用一体化的汽水分离再热器。 按结构型式，汽水分离再热器有卧式和立式的两 种。美国、法国、日本等国采用卧式，而德国、 俄罗斯则采用立式。 （1）卧式汽水分离再热器 每台机组配置两台汽水分离再热器，分别置于汽 轮机低压缸的两侧。大亚湾核电厂的汽水分离再热
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四、核电厂的热经济指标
（二）主要热经济指标 1．电厂毛效率ηel 电厂毛效率定义为发电机输出电功率Pe与 反应堆热功率PR之比(二者均以kw为单位)， 即:
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四、核电厂的热经济指标
2．电厂净效率ηnet 电厂净效率定义为电厂输出净功率与反应堆热功率 之比.