1、船舶核动力装置 Marine Nuclear Power Plants,核科学与技术学院（V2009.04.14）,MNPP-C06-L15,2019/3/15,核动力装置,2,6.2.2 再热循环,影响朗肯循环效率的因素 提高平均吸热温度、降低平均放热温度，均能提高循环热效率 饱和蒸汽的朗肯循环，汽轮机膨胀终点蒸汽湿度较大，影响汽轮机效率和运行安全性 采用回热循环，是为了提高朗肯循环的平均吸热温度 采用再热循环，是为了降低汽轮机内膨胀终点的湿度,2019/3/15,核动力装置,3,再热循环,图6-10 饱和蒸汽的朗肯循环+再热循环,2019/3/15,核动力装置,4,再热循环的特点,蒸汽在高
2、压汽轮机内膨胀做功，排出后送入蒸汽再热器中加热，使蒸汽温度升高，然后再送入低压汽轮机内做功 蒸汽再热提高了蒸汽在低压汽轮机进口处的温度，减小了蒸汽的湿度，从而保证了汽轮机运行的经济性和安全性 需要增加蒸汽再热器等设备（通常情况下，先对高压汽轮机排汽进行除湿，然后再对蒸汽进行再热） 需要消耗新蒸汽，用于加热高压缸排汽,2019/3/15,核动力装置,5,增加再热循环后的热效率,采用蒸汽中间再热是否能提高循环热效率，取决于附加再热循环平均吸热温度是否高于基本循环平均吸热温度。,2019/3/15,核动力装置,6,6.2.3 回热循环,图6-11 饱和蒸汽的朗肯循环+回热循环,2019/3/15,核
3、动力装置,7,回热循环的特点,蒸汽在汽轮机内做完功后，排入冷凝器中凝结成水，在送入蒸汽发生器之前，用蒸汽加热，使其进入蒸汽发生器的温度提高 由于给水温度升高，使得蒸汽发生器中的平均吸热温度提高，循环热效率也相应提高 需要增加给水加热器 需要提供给水加热所需要的蒸汽,2019/3/15,核动力装置,8,增加回热循环后的热效率,采用给水回热提高了热力循环的平均吸热温度，有利于提高循环热效率,2019/3/15,核动力装置,9,采用回热循环的热力系统,核动力装置热力系统普遍采用回热循环； 船用核动力装置因受重量、尺寸等限制，回热循环形式较为简单，一般设置12级给水加热器，使用辅汽轮机排汽加热给水 核
4、电站追求经济性，采用的回热形式较为复杂，如大亚湾核电站设置了7级加热器，其中4级低压加热器，一级除氧器，2级高压加热器，采用主汽轮机抽汽加热给水,2019/3/15,核动力装置,10,图6-12 给水回热的热经济性,2019/3/15,核动力装置,11,回热循环的基本规律,循环热效率随着回热级数增加而提高，提高的幅度随着级数的增加而递减； 当给水温度一定时，热经济性也随着回热级数的增加而提高，但其增长率同样也是递减的； 对任一回热级数，均有其相应的最佳给水温度，而且它是随着级数的增加而提高； 对任一回热级数的实际给水温度，虽与最佳值有所偏离，对热经济性的影响不大。,2019/3/15,核动力装
5、置,12,图主机抽汽回热,2019/3/15,核动力装置,13,图6-13 主机多级抽汽回热,2019/3/15,核动力装置,14,图 辅机废汽回热,二回路能量利用系数,2019/3/15,核动力装置,15,不同热力系统的比较,方案：无回热，辅机全部电动 方案：无回热，辅机部分汽动 方案：废汽回热，废汽压力为最佳值，辅机汽动 方案：抽汽回热，抽汽压力为最佳值，辅机全部电动采用回热循环的热力系统，其热效率高于无回热循环的热力系统,2019/3/15,核动力装置,16,辅机汽动或电动对热效率的影响,部分辅机采用汽轮机驱动方案：由于辅汽轮机容量小，效率低，能量损失较大，因而一定程度上降低了核动力装置
6、的热效率 辅机全部电动方案： 辅机全部电动，消除了运行效率较低的辅汽轮机； 汽轮发电机组的容量增大，运行效率提高； 核动力装置的热效率要高于辅机采用汽动的方案,2019/3/15,核动力装置,17,6.2.4核动力装置的热线图,在工程中，往往采用由图形符号构成的线图表示核动力装置热力系统的组成、主要工质（汽和水）的运行路线和次序，并给出能量与质量的平衡关系和分布情况，为管径的确定提供依据。,2019/3/15,核动力装置,18,6.2.4核动力装置的热线图,内容： 热力循环形式（再热循环、回热循环）； 蒸汽机械的供汽方式（过热蒸汽、减温蒸汽、饱和蒸汽、抽汽等）； 利用辅汽轮机乏汽热量及凝水热量
7、的方式； 从主机中间级抽汽的蒸汽热量再生系统； 补充由蒸汽导管和凝水给水系统管系泄漏的方式。,2019/3/15,核动力装置,19,6.3 核动力装置能量平衡计算,6.3.1 能量平衡计算目的和依据 6.3.2 能量平衡计算基本方程 6.3.3 能量平衡计算方法,2019/3/15,核动力装置,20,6.3.1 能量平衡计算目的和依据,目的对核动力装置进行能量平衡计算，确定核动力装置热力系统的主要参数，为通过热力分析确定核动力装置能量利用的合理性和有效性、进而指出热力系统优化和改进的方向奠定基础。,2019/3/15,核动力装置,21,能量平衡计算的主要内容,对核动力装置进行能量平衡计算，是在
8、已经确定的热力系统组成形式以及蒸汽初、终参数的基础上，计算确定核动力装置以下参数： 装置效率 反应堆热功率 蒸汽产量 汽轮发电机组功率 各主要设备的热力参数,2019/3/15,核动力装置,22,能量平衡计算的主要依据,核动力装置的型式及设计特点，明确规定主机至推进器的传动方式； 主机的型式以及全速工况下主机的有效功率； 与热力循环相适应的核动力装置热线图形式，主要设备、辅助设备的组成及其相互联系； 当装置在计算工况和中间工况工作时，在所给定的热线图中主要设备、工质的热力参数； 核动力舰船的航行区域； 某些设备的技术参考资料或母型、国家设计标准、某些有关的科研及试验成果等。,2019/3/15
9、,核动力装置,23,2019/3/15,核动力装置,24,核动力装置设计基本步骤,方案设计：确定装置方案（如堆型、功率、主要热工参数等）、装置总体及各主要设备性能、大致经费、工程进度 规划设计：落实经费和生产厂家 扩大初步设计：进行系统及设备的设计 工艺设计：提出生产图纸 完成设计：修改完善，冻结设计 在方案设计阶段能量平衡计算的工作量较大，需要对多种热力系统方案进行比较和计算。,2019/3/15,核动力装置,25,6.3.2 能量平衡计算基本方程,两类基本方程 能量平衡方程 质量平衡方程 根据核动力装置热力系统和设备的特点，建立上述两类方程，进而确定相关的热力参数,2019/3/15,核动
10、力装置,26,（1）反应堆热功率方程,2019/3/15,核动力装置,27,（1）反应堆热功率方程,冷却剂从堆芯带出热功率主泵加入到冷却剂中的热量 反应堆冷却剂系统的热量损失 冷却剂在蒸汽发生器一次侧放出的热量为,2019/3/15,核动力装置,28,（2）蒸汽发生器的蒸汽产量,2019/3/15,核动力装置,29,（2）蒸汽发生器的蒸汽产量,自然循环式蒸汽发生器能量平衡和质量平衡方程：产生的蒸汽量,2019/3/15,核动力装置,30,（2）蒸汽发生器的蒸汽产量,主汽轮机的耗汽量（主机抽汽回热时，主机耗汽量应为无抽汽时的耗汽量）； 辅机的耗汽量，包括汽轮发电机和辅助汽轮机的耗汽量； 动力装置
11、辅助设备耗汽量和为全船性服务的耗汽量，kg/s； 与主机抽汽有关的辅助设备消耗的系数； 抽汽质量系数； 由于抽汽加热给水所引起的蒸汽发生器蒸汽产量增加的系数,2019/3/15,核动力装置,31,（2）蒸汽发生器的蒸汽产量,第j个抽汽点的蒸汽焓值； 第j个抽汽点抽汽的凝水焓值； 进入抽汽总管内的废汽或凝水焓值。,2019/3/15,核动力装置,32,（3）主汽轮机耗汽量,2019/3/15,核动力装置,33,（3）主汽轮机耗汽量,主汽轮机组的单位功率耗汽率； 主汽轮机组的有效功率； 主汽轮机耗汽量变化系数。,2019/3/15,核动力装置,34,图6-14 汽轮机机械效率,2019/3/15,
12、核动力装置,35,（4）汽轮发电机耗汽量,确定全船用电量的总和，作为汽轮发电机组的有效功率 确定发电汽轮机进出口蒸汽的参数 查表确定汽轮机、发电机、配电系统的效率 参照前式计算汽轮发电机的耗汽量,2019/3/15,核动力装置,36,（5）泄放水蒸发器产汽量,2019/3/15,核动力装置,37,（5）泄放水蒸发器产汽量,蒸汽发生器排污水的状态，相当于蒸汽发生器工作压力下的饱和水 泄放水蒸发器的工作压力与蒸汽发生器相比非常低，泄放水蒸发器相当于闪发室 能量平衡和质量平衡方程,2019/3/15,核动力装置,38,（6）给水加热器耗汽量,2019/3/15,核动力装置,39,（6）给水加热器耗汽
13、量,给水加热器通常使用饱和蒸汽加热给水，蒸汽放热后凝结形成疏水 如果没有特殊说明，疏水相当于加热蒸汽压力下的饱和水 能量平衡方程,2019/3/15,核动力装置,40,6.3.3 能量平衡计算方法,定功率法 已知装置有效功率 计算确定装置有效效率 计算采用逐次近似法 假设装置有效效率 装置热力系统的能量平衡计算 计算装置有效效率 比较假设效率与计算效率，确定是否需要重算,2019/3/15,核动力装置,41,逐次近似法,明确已知条件和待定参数 对装置设计和对设计过程起主要作用重要参数： 核动力装置的热线图； 反应堆进、出口冷却剂温度，反应堆冷却剂运行压力，新蒸汽参数和冷凝器压力； 反应堆、蒸汽
14、发生器和主汽轮机的结构形式和效率； 辅机的配置及传动形式，机械的传动效率，这些数值可以在以后详细规定； 蒸汽发生器二次侧给水进口焓值。,2019/3/15,核动力装置,42,课堂练习,如图所示，SG热负荷为55MW，出口蒸汽干度为0.9975，其运行压力下的饱和蒸汽焓为2800.9 kJ/kg，饱和水焓为961.96 kJ/kg。SG排污水为SG运行压力下的饱和水，排污量为蒸汽产量的1.05%，排入泄放水蒸发器后闪发，产生的饱和蒸汽用于对给水加热，不足部分用新蒸汽补充。泄放水蒸发器产生的蒸汽焓为2716.4kJ/kg，排舷外污水焓为535.34kJ/kg。给水加热器入口给水焓为253.6kJ/kg，出口给水焓为460.5kJ/kg，疏水焓为511.3 kJ/kg。忽略散热损失，试确定： 蒸汽发生器的蒸汽产量； 给水加热器需补充的新蒸汽流量。,2019/3/15,核动力装置,43,课堂练习题图,2019/3/15,核动力装置,44,思考题,1. 设置再热循环的目的是什么？附加了再热循环的饱和蒸汽朗肯循环效率如何表示？ 2. 设置回热循环的目的是什么？附加了回热循环的饱和蒸汽朗肯循环效率如何表示？,
