压水堆核电厂二回路热力系统

哈尔滨工程大学本科生课程设计（二）压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书2013 年6 月目录摘要 (2)1 设计内容及要求 (2)2 热力系统原则方案确定 (3)2.1 热力系统原则方案 (3)2.2 主要热力参数选择 (4)3 热力系统热平衡计算 (5)3.1 热平衡计算方法 (5)3.2 热平衡计算流程 (6)3.3 计算结果及分析 (8)4 结论 (8)附录 (8)附表1 已知条件和给定参数 (8)附表2 选定的主要热力参数汇总表 (9)附表3 热平衡计算结果汇总表 (13)附图1 原则性热力系统图 (15)摘要二回路系统是压水堆核电厂的重要组成部分，其主要功能是将反应堆一回路系统产生并传递过来的热量转化为汽轮机转动的机械能，并带动发电机组的转动，最终产生电能。

该说明书介绍了一个1000MWe核电厂二回路热力系统设计及其设计过程。

该设计以大亚湾900MWe核电站为母型，选择了一个高压缸，三个低压缸，设有两级再热器的汽水分离器，四个低压给水加热器，一个除氧器，两个高压给水加热器。

蒸汽发生器的运行压力为6.5MPa，高压缸排气压力为0.78MPa，一级再热器抽汽压力 2.8MPa，低压缸进口过热蒸汽压力为0.7045MPa,温度为265.9℃，冷凝器的运行压力为 5.9kPa，给水温度为224.69℃。

高压给水加热器疏水逐级回流送入除氧器，低压给水加热器疏水逐级回流送入冷凝器。

排污水经净化后排进冷凝器。

各级回热器和再热器的蒸汽分配合理，经过加热器后，蒸汽全部冷凝成疏水，整个系统电厂效率为30.04%。

1、设计内容及要求本课程设计的主要任务，是根据设计的要求，拟定压水堆核电厂二回路热力系统原则方案，并完成该方案在满功率工况下的热平衡计算。

本课程设计的主要内容包括：（1）确定二回路热力系统的形式和配置方式；（2）根据总体需求和热工约束条件确定热力系统的主要热工参数；（3）依据计算原始资料，进行原则性热力系统的热平衡计算，确定计算负荷工况下各部分汽水流量及其参数、供热量及全厂性的热经济指标；（4）编制课程设计说明书，绘制原则性热力系统图。

通过课程设计应达到以下要求：（1）了解、学习核电厂热力系统规划、设计的一般途径和方案论证、优选的原则；（2）掌握核电厂原则性热力系统计算和核电厂热经济性指标计算的内容和方法；（3）提高计算机绘图、制表、数据处理的能力；（4）培养学生查阅资料、合理选择和分析数据的能力，掌握工程设计说明书撰写的基本原则。

2、热力系统原则方案确定该设计设有一个高压缸，三个低压缸，两级再热，七级回热，汽动给水泵。

蒸汽发生器的运行压力为6.5MPa，冷凝器的运行压力为5.9kPa。

2.1热力系统原则方案1、汽轮机组压水堆核电厂汽轮机一般使用低参数的饱和蒸汽，汽轮机由一个高压缸、3个低压缸组成，高压缸、低压缸之间设置外置式汽水分离器。

最佳分缸压力（即高压缸排汽压力）约为高压缸进汽压力的12%。

2、蒸汽再热系统压水堆核电厂通常在主汽轮机的高、低压缸之间设置汽水分离-再热器，对高压缸排汽进行除湿和加热，使得进入低压缸的蒸汽达到过热状态，从而提高低压汽轮机运行的安全性和经济性。

汽水分离-再热器由一级分离器、两级再热器组成，第一级再热器使用高压缸抽汽加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽加热。

中间分离器的疏水排放到除氧器，第一级、第二级再热器的疏水分别排放到不同的高压给水加热器。

3、给水回热系统给水回热系统由回热加热器、回热抽汽管道、凝给水管道、疏水管道等组成。

回热加热器按照汽水介质传热方式不同分为混合式加热器和表面式加热器，在本设计中高压、低压给水加热器采用表面式换热器，除氧器采用混合式加热器。

高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽进行加热，除氧器采用高压缸的排汽进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低压缸的抽汽进行加热。

高压给水加热器的疏水采用逐级回流的方式，最终送入除氧器；低压给水加热器的疏水全部采用逐级回流的方式，最终送入冷凝器。

在选择给水回热级数时，均衡了每增加一级加热器所增加设备投资费用和热效率的提高程度，所以最终选择回热级数为7级（其中除氧器也算一级回热级数）。

为了很好地适应机组变负荷运行，给水泵采取汽动方式，可以利用蒸汽发生器的新蒸汽驱动给水泵汽轮机，因而具有较好的经济性。

给水泵汽轮机排出的废汽被送到冷凝器中。

本设计中使用热力除氧器对给水进行除氧，从其运行原理来看，除氧器就是一混合式加热器。

来自低压给水加热器的给水以及高压给水加热器的疏水在除氧器中被来自汽轮机高压缸排汽加热到除氧器运行压力下的饱和温度，其中高压缸排汽的压力高于除氧器的运行压力，所以高压缸排汽在排入冷凝器之前需经过减压装置进行减压。

除过氧的饱和水再由给水泵输送到高压给水加热器，被加热到规定的给水温度后再送入蒸汽发生器。

2.2 主要热力参数选择1、一回路冷却剂的参数选择设计时压水堆核电厂主回路系统的工作压力为15.2MPa，对应的饱和温度为343.26℃。

为了确保压水堆的安全，反应堆在运行过程中必须满足热工安全准则，其中之一是堆芯不能发生水力不稳定性，所以反应堆出口冷却剂的欠饱和度选为18℃。

2、二回路工质的参数选择二回路系统的参数包括蒸汽发生器出口蒸汽的温度与压力（蒸汽初参数）、冷凝器运行压力（蒸汽终参数）、蒸汽再热温度、给水温度和焓升分配等。

3、蒸汽初参数的选择压水堆核电厂的二回路系统一般采用饱和蒸汽，蒸汽初温与蒸汽初压为一一对应关系。

根据朗肯循环的基本原理，在其它条件相同的情况下，提高蒸汽初温可以提高循环热效率，为了提高核电厂经济性，二回路蒸汽参数选为6.5MPa。

4、蒸汽终参数的选择在热力循环及蒸汽初参数确定的情况下，降低汽轮机组排汽压力有利于提、循环冷却水温高循环热效率。

但是，降低蒸汽终参数受到循环冷却水温度Tsw,1以及冷凝器端差δt 的限制。

升ΔTsw凝结水的温度选为36℃，忽略了凝结水的过冷度，则冷凝器的运行压力等于凝结水温度对应的饱和压力。

5、蒸汽中间再热参数的选择蒸汽再热器使用高压缸抽汽和蒸汽发生器新蒸汽加热，所以汽水分离再热器出口的热再热蒸汽（过热蒸汽）要比用于加热的新蒸汽温度要低15℃，既265.9℃，这样保证具有适当的传热温差。

计算中取再热蒸汽在第一、二级再热器中的焓升、流动压降相等。

6、给水回热参数的选择当除氧器的工作压力选定以后，再分别对高压给水加热器和低压给水加热器进行第二次焓升分配。

对于高压给水加热器，每一级的给水焓升129.365kJ/kg 对于低压给水加热器（包括除氧器），每一级的给水焓升为109.346kJ/kg。

具体参数看附表23、热力系统热平衡计算3.1、热平衡计算方法3.2、热平衡计算流程一、核蒸汽供应系统热功率计算：已知核电厂输出功率为Ne ，Ne=1000MW=1000000kW，假设电厂效率为ηe,NPP，则反应堆热功率为：Qr =Ne/ηe,NPP。

蒸汽发生器的蒸汽产量为：Ds =Qrη1/【(hfh-hs,)+(1+ξd)(hs,-hfw)】其中：η1为一回路能量利用系数，给定为0.995；hfh为蒸汽发生器出口新蒸汽比焓，利用其出口温度280.9℃（饱和蒸汽），干度99.75%，算得该值为2774.19kJ/kg；hs,为蒸汽发生器运行压力（6.5MPa）下的饱和水焓，1240.7kJ/kg；hfw为蒸汽发生器给水比焓（6.5MPa，224.69℃），966.37kJ/kg；ξd为蒸汽发生器排污率，取为1.05%另外，Gfw =Ds×（1+1.05%）。

二、二回路系统各设备耗汽量计算：（1）、给水回热系统热平衡计算，确定汽轮机各级抽汽点的抽汽量及冷凝器出口凝给水流量G cd:首先，假定凝给水量G cd；其次，计算低压加热器抽气量：G les,4=Gcd*Δhfw，l/[（hles,4-hlew,4）*ηh];G les,3=[Gcd*Δhfw，l-Gles,4*(hlew,4-hlew,3)*ηh]/[（hles,3-hlew,3）*ηh];G les,2=[Gcd*Δhfw，l-（Gles,3+Gles,4)*(hlew,3-hlew,2)*ηh]/[（hles,2-hlew,2）*ηh];G les,2=[Gcd*Δhfw，l-（Gles,2+Gles,3+Gles,4)*(hlew,2-hlew,1)*ηh]/[（hles,1-hlew,1）*ηh]; 其中:h les,j ，hlew,j-------第j级给水加热器加热蒸汽、疏水的比焓，kJ/kg；Ηh------给水加热器的热效率；Δhfw，l-------除氧器及低加给水焓升；（2）给水泵计算，确定给水泵汽轮机的耗汽量；给水泵汽轮机进汽为新蒸汽，排汽参数等于高压缸排汽：给水泵有效输出功率：Nfwp =Gfw×1000×Hfwp/ρ kW耗汽量Gs,fwp =Nfwp/（ηfwp,pηfwp,tiηfwp,tmηfwp,tgHa）；其中：ηfwp,p汽轮给水泵组的泵效率；ηfwp,ti ，ηfwp,tm，ηfwp,tg分别给水泵组汽轮机的内效率、机械效率和减速器效率；Ha为高压缸进出口焓降，kJ/kg；Hfwp为给水泵的压升，MPa。

（3）、汽轮发电机组耗汽量计算，确定计算工况下汽轮机高压缸、低压缸以及汽水分离再热器以及除氧器的耗汽量:Ⅰ、低压缸耗汽量Gs，lp，根据质量平衡，有：Gs,lp=G cd-G s,fwp-ξd×D s；低压缸的功率Nl：Nl = Gs,lp×(hl,i-hl,z)-Gles,4×(hles,4-hl,z)-Gles,3×(hles,3-hl,z)- Gles,2×(hles,2-hl,z)- Gles,1×(hles,1-hl,z)；其中：hl,i 、hl,z低压缸进、出口蒸汽焓值，kJ/kg；Ⅱ、汽水分离再热器：第二级再热器用新蒸汽加热，其耗汽量：Gs,rh2=Gs,lp×(hrh2, z-hrh2,i)/(hzes，2-hzew，2)；第一级再热器用高压缸抽汽加热，其耗汽量为：G s,rh1=G s,lp×(h rh1, z-h rh1,i)/(h zes，1-h zew，1)；其中：hrhj, z ，hrhj,i第J级再热器出、进口蒸汽焓值，kJ/kg；hzes，j ，hzew，j第J级再热器抽汽、疏水焓值，kJ/kg；Ⅲ、高压加热器抽气量：Ghes,2=[Gfw*Δhfw，h- Gs,rh2*(hzew，2-hhew,2)*ηh]/[(hhes,2-hhew,2)*ηh]；Ghes,1=[Gfw*Δhfw，h- Gs,rh1*(hzew，1-hhew,1)*ηh-Ghes,2*(hhew,2-hhew,1)*ηh ]/[(hhes,1-hhew,1)*ηh]；其中：Δhfw，h高压加热器给水焓升，kJ/kg；hhes,j，hhew,j第J级高压加热器抽气、疏水焓值，kJ/kg；Ⅳ、高压缸耗汽量Gs，hp，根据能量平衡，有：Nh =Ne/ηmηge-Nl；Gs,hp =[Nh+Ghes,2×(hhes,2-hh,z)+Gs,rh1×(hzes，1-hh,z)+Ghes,1×(hhes,1-hh,z)]/(hh,i-hh,z)；分离器疏水:G0=Gs,lp×（1-Xsp,i）/Xsp,i;其中：ηm、ηge汽轮机组机械效率和发电机效率；hh,i ，hh,z高压缸进出口焓值，kJ/kg；Xsp,i汽水分离器进口蒸汽干度Ⅴ、除氧器：利用高压缸排汽进行加热，其耗汽量：Gs,dea =[Gfw×hdea,z-(Ghes,2+Ghes,1+Gs,rh1+Gs,rh2)×hhew,1-Gcd×hdea,i-G×h]/hh,z;其中：hdea,z ，hdea,i除氧器进出口的焓值，kJ/kg；h汽水分离器疏水焓值，kJ/kg；（4）确定对应的新蒸汽耗量Gs ，进一步求出对应的给水量Gfw，由Gfw和各级加热器的疏水量，求出Gcd2，Gcd2=Gfw-（Gs,dea+G+Ghes,6）（5）比较Gcd 与Gcd2，若相对误差大于1%，返回步骤（1）进行迭代计算，直到满足精度要求为止。