压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书.doc

1、1哈 尔 滨 工 程 大 学 本 科 生 课 程 设 计压 水 堆 核 电 厂 二 回 路 热 力 系 统 初 步 设 计 说 明 书2目录目录 .1摘要 .21、设计内容及要求 .21.1 设计要求 .21.2 设计内容 .22、热力系统原则方案 .22.1 汽轮机组 .32.2 蒸汽再热系统 .32.3 给水回热系统 .33、主要热力参数选定 .43.1 一回路冷却剂的参数选择 .43.2 二回路工质的参数选择 .43.2.1蒸汽初参数的选择 .43.2.2蒸汽终参数的选择 .43.2.3蒸汽中间再热参数的选择 .43.2.4给水回热参数的选择 .53.3 主要参数汇总表.54、热力计算方

2、法与步骤 .94.1 计算步骤如下面的流程图 .94.2 根据流程图而写出的计算式 .105、程序及运行结果 .126、热力系统图 .197、结果分析与结论 .208、参考文献 .20摘要该说明书介绍了一个 1000MW 核电厂二回路热力系统设计过程。该设计以大亚湾 900MW 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3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 5.8MPa，高压缸排气压力为 0.77MPa，一级再热器抽汽压力 2.76MPa，低压缸进口过热蒸汽压力为 0.74MPa,温度为 259.34，冷凝器的运行压力为 5

3、.32kPa，给水温度为 216.53。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。各级回热器和再热器的蒸汽采用平均分配，抽汽流过高、低压热器后，蒸汽全部冷凝成疏水，疏水为对应压力下的饱和水。 进行热力计算时，采用热平衡求出各设备的耗汽量，再采用迭代法，根据电功率要求可求出蒸汽发生器蒸汽产量，进而求出堆芯热功率，即可得出电厂效率。对效率不满意时可调整合理调整各设备的运行参数，直至求出电厂效率满意为止。经过迭代计算得到整个系统电厂效率为 31.77%。1、设计内容及要求1.1 设计要求 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； 掌握核电

4、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； 提高计算机绘图、制表、数据处理的能力； 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。1.2 设计内容根据设计的要求，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： 确定二回路热力系统的形式和配置方式； 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； 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、发电量、供热量及全厂性的热经济指标； 编制课程设计说明书，绘制原则性热力系统图。2、热力系统原则

5、方案压水堆核电厂二回路系统的主要功能是将蒸汽发生器所产生的蒸汽送往汽轮机， 驱动汽轮机运行， 将蒸汽的热能转换为机械能； 汽轮机带动发电机运行， 将汽轮机输出的机械能转换为发电机输出的电能。电站原则性热力系统表明能量转换与利用的基本过程， 反映了发电厂动力循环中工质的基本流程、 能量转换与利用过程的完善程度。 为了提高热经济性， 压水堆核电厂二 回路热力系统普遍采用包含再热循环、 回热循环的饱和蒸汽朗肯循环， 其典型的热力系统组成见附图。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5.8MPa，冷凝器的运行压力为5.32kPa。42.1汽轮 机组压

6、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。高压缸进口蒸汽压力为5.51MPa，高压缸内效率为82.07%，出口压力为0.77MPa，出口蒸汽干度为86.77%，低压缸进口压力为0.74MPa，温度为259.34，低压缸内效率为83.59%，排汽压力为5.88kPa，干度为89.76%。高压缸发出整个机组功率的40%，低压缸发出整个机组功率的60%。2.2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

7、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 的 抽汽（压力2.76MPa, 干度93%）加热， 疏 水 排 放 到 第 6级 高压 给 水加热 器 ； 第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽（压力 5.8MPa，干度99.5%）加热，疏 水 排放 到 第 7级 高 压给水加热器；中间分离器的疏水排放到除氧器。蒸汽经分离器后干度达到99.65%，经两级再热器加热后达到压力为0.75MP

8、a、温度为259.34的过热蒸汽。2.3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。 给 水 回 热系 统 的 回 热 级 数为 7级 ， 包 括 四 级 低 压 给水 加 热 器 、 一 级除 氧 器和 两 级 高压给水加热器。 第1级至第4级低压给水加热器的加热蒸汽来自低压缸的抽汽， 除氧器使用高压缸的排汽加热，第6级和第7级高压给水加热器的加热蒸汽来自高压缸的抽汽。 各级 加 热器 的 疏 水 采用 逐 级 回流 的 方 式 ，即 第 7级 加热 器 的 疏 水排 到 第 6级加 热 器 ， 第 6级 加 热 器的 疏 水排 到 除 氧 器，

9、 第 4级 加 热器 的 疏 水排 到 第3 级 加 热 器， 依 此类 推 ， 第 1级加热器的疏水排到冷凝器热井。压水堆核电厂中普遍使用热力除氧器对给水进行除氧， 从其运行原理来看， 除氧器就是一个混合式加热器。 来自低压给水加热器的给水在除氧器中被来自汽轮机高压缸的排汽加热到除氧器运行压力下的饱和温度， 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。3、主要热力参数选定5本设计在选定热力参数时参考了900MW 压水堆核电厂系统和设备中的参数。3.1 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 15.4MPa，对应的饱和温度为

10、344.31。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 16。3.2 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。3.2.1 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5.8MPa。蒸汽发生器一、二次侧之间的对数平均传热温差:

11、 sciocicTln Tm式中， , 分别为反应堆出口、进口冷却剂温度，；coTi蒸汽发生器二次侧饱和蒸汽温度，；s一般情况下， 应该在 20-30范围内，本设计中取 32.24。m T3.2.2 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、循环冷却水温升 Tsw 以及冷凝器端差 t 的限制。凝结水温度,设计时取 =24， =6， =4。tsw1,cd TswT 1,swTsw Tt凝结水的温度选为 34，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 5.32KPa。

12、3.2.3 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14，6既259.34，这样保证具有适当的传热温差。蒸汽再热压力的选择应该使高、低压缸排汽的湿度控制在14% 之内， 据此选择中间分离器进口压力等于高压缸排汽压力。 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。3.2.4 给水回热参数的选择多级回热分配采用了汽轮机设计时普遍使用的平均分配法，即每一级给水加热器内给水的焓升相等。每一级低压加热器及除氧器内的给水焓升为113.85kj/kg。每一级高压缸内的给水焓升为 108.54

13、Kj/Kg。除氧器压力略低于高压缸排汽压力，取除氧器压力 Pdea=0.76MPa,凝水泵出口压力Pcwp=3.1Pdea=2.356MPa,给水泵出口压力 Pfwp=1.2Ps=6.96MPa.3.3 主要参数汇总表表一 已知条件和给定参数序号 项目 符号 单位 取值范围或数值1 核电厂输出电功率 Ne MW 10002 一回路能量利用系数 1 0.9953 蒸汽发生器出口蒸汽干度 Xfh % 99.754 蒸汽发生器排污率 d % 1.055 高压缸内效率 hi % 82.076 低压缸内效率 li % 83.597 汽轮机组机械效率 m 0.9858 发电机效率 ge 0.999 新蒸汽

14、压损 Pfh Mpa Pfh=5%Pfh10 再热蒸汽压损 Prh Mpa Prh10%Phz11 回热抽汽压损 pej Mpa pej=4%Pej12 低压缸抽汽压损 Pcd Mpa Pcd=5%Pcd13 高压缸给水加热器出口端差 hu 314 低压缸给水加热器出口端差 lu 215 加热器效率 h 0.9816 给水泵效率 fwpp 0.5817 给水泵汽轮机内效率 fwpti 0.818 给水泵汽轮机机械效率 fwptm 0.919 给水泵汽轮机减速器效率 fwptg 0.9820 循环冷却水进口温度 Tswl 24表二 主要热力参数汇总表7序号 项目 符号 单位 计算公式或来源 取值

15、范围 或数值1 反应堆冷却剂系统运行压力 Pc Mpa 选定，15-16 15.42 冷却剂压力对应的饱和温度 Tcs 查水和水蒸气表确定 344.313 反应堆出口冷却剂过冷度 Tsub 选定，15-20 164 反应堆出口冷却剂温度 Tco subco TT328.315 反应堆进出口冷却剂温升 Tc 选定，30-40 386 反应堆进口冷却剂温度 Tci ccoi 290.317 蒸汽发生器饱和蒸汽压力 Ps Mpa 选定，5.0-7.0 5.88 蒸汽发生器饱和蒸汽温度 Ts Ps 对应的饱和温度 273.429 一、二次侧对数平均温差 Tm sciocicTln Tm32.2410

16、冷凝器中循环冷却水温升 Tsw 选定，6-8 611 冷凝器传热端差 T 选定，3-10 412 冷凝器凝结水饱和温度 Tcd tsw1,cd TswT3413 冷凝器的运行压力 Pcd Kpa Tcd 对应的饱和压力 5.3214 高压缸进口蒸汽压力 Phi MPa fh PfhiP5.5115 高压缸进口蒸汽干度 Xhi % 考虑部分压损后选定 99.516 高压缸排汽压力 Phz MPa hihz*14.00.7717 高压缸排汽干度 Xhz % 根据汽轮机内效率求得 86.7718 汽水分离器进口蒸汽压力 Pspi MPa 等于高压缸排汽压力 0.7719 汽水分离器进口蒸汽干度 Xs

17、pi % 等于高压缸排汽干度 86.77第一级再热器 20 再热蒸汽进口压力 Prh1i MPa 考虑汽水分离器压力损失 0.7621 再热蒸汽进口干度 Xrh1i % 选定 99.6522 加热蒸汽进口压力 Prh1hs MPa 高压缸第一级抽汽 2.7623 加热蒸汽进口干度 Xrh1hs % 根据高压缸内效率求得 93第二级再热器 24 再热蒸汽进口压力 Prh2i MPa 考虑第一级再热器压损 0.75525 再热蒸汽进口温度 Trh2i 根据平均焓升计算 210.1926 再热蒸汽出口压力 Prh2z MPa 考虑第二级再热器压损 0.7527 再热蒸汽出口温度 Trh2z 根据平均

18、焓升计算 259.3428 加热蒸汽进口压力 Prh2hs MPa 考虑压损，认为与高压缸入口相 5.518同29 加热蒸汽进口干度 Xrh2hs % 考虑压损，认为与高压缸入口相 同 99.5低压缸30 进口蒸汽压力 Pli MPa 考虑压损 0.7431 进口蒸汽温度 Tli 选定 259.332 排汽压力 Plz MPa cdPP*)05.1(lz5.8833 排汽干度 Xlz % 根据低压缸内效率求得 89.7634 回热级数 Z 选定 735 低压给水加热器级数 Zl 选定 436 高压给水加热器级数 Zh 选定 237第一次给水回热分配hfw KJ/Kg 112.33第二次给水回热

19、分配38高压给水加热器给水焓升hfwh KJ/Kg 108.5439除氧器及低压给水焓升hfwl KJ/Kg 113.85低压加热器给水参数 40 凝水泵出口压力 Pcwp MPa Pcwp=3.1*Pdea 2.356 41 第 1 级进口给水比焓 hlfwi1 KJ/Kg hlfwi1=hcd 142.4342 第 1 级出口给水比焓 hlfwo1 KJ/Kg hlfwo1=hlfwi1+hfwl 256.2843 第 1 级进口给水温度 Tlfwi1 按（Pcwp,hlfwi1）查水蒸气表 33.5244 第 1 级出口给水温度 Tlfwo1 按（Pcwp,hlfwo1）查水蒸气表 60

20、.7845 第 2 级进口给水比焓 hlfwi2 KJ/Kg hlfwi2=hlfwo1 256.2846 第 2 级出口给水比焓 hlfwo2 KJ/Kg hlfwo2=hlfwi2+hfwl 370.1347 第 2 级进口给水温度 Tlfwi2 按（Pcwp,hlfwi2）查水蒸气表 60.7848 第 2 级出口给水温度 Tlfwo2 按（Pcwp,hlfwo2）查水蒸气表 87.9749 第 3 级进口给水比焓 hlfwi3 KJ/Kg hlfwi3=hlfwo2 370.1350 第 3 级出口给水比焓 hlfwo3 KJ/Kg hlfwo3=hlfwi3+hfwl 483.985

21、1 第 3 级进口给水温度 Tlfwi3 按（Pcwp,hlfwi3）查水蒸气表 87.9752 第 3 级出口给水温度 Tlfwo3 按（Pcwp,hlfwo3）查水蒸气表 114.9953 第 4 级进口给水比焓 hlfwi4 KJ/Kg hlfwi4=hlfwo3 483.9854 第 4 级出口给水比焓 hlfwo4 KJ/Kg hlfwo4=hlfwi4+hfwl 597.8355 第 4 级进口给水温度 Tlfwi4 按（Pcwp,hlfwi4）查水蒸气表 114.9956 第 4 级出口给水温度 Tlfwo4 按（Pcwp,hlfwo4）查水蒸气表 141.72除氧器57 进口给

22、水比焓 hdeai KJ/Kg hdeai=hlfwo4 597.8358 出口给水比焓 hdeao KJ/Kg hdeao=hdeai+hfwl 711.6759 出口给水温度 Tdea hdeao 对应的饱和水的温度 168.30Zhfw cdh eao1Zl hfwcd960 运行压力 Pdea Mpa Tdea 对应的饱和压力 0.76高压加热器给水参数61 给水泵出口压力 Pfwp MPa Pfwp=1.2*Ps 6.9662 第 6 级进口给水比焓 Hhfwi6 KJ/Kg Hhfwi6=hdeao 711.6763 第 6 级出口给水比焓 Hhfwo6 KJ/Kg Hhfwo6=

23、Hhfwi6+hfwh 820.2164 第 6 级进口给水温度 Thfwi6 按（Pfwp,hlfwi6）查水蒸气表 167.5265 第 6 级出口给水温度 Thfwo6 按（Pfwp,hlfwo6）查水蒸气表 192.2866 第 7 级进口给水比焓 Hhfwi7 KJ/Kg Hhfwi7=Hhfwo6 820.2167 第 7 级出口给水比焓 Hhfwo7 KJ/Kg Hhfwo7=Hhfwi7+hfwh 928.7568 第 7 级进口给水温度 Thfwi7 按（Pfwp,hlfwi7）查水蒸气表 192.2869 第 7 级出口给水温度 Thfwo7 按（Pfwp,hlfwo7）查

24、水蒸气表 216.45高压缸抽汽70 第 6 级抽汽压力 Phes6 MPa 根据 Ths6=Thfwo6+hu 查疏水压力，考虑回热抽汽压损 1.465771 第 6 级抽汽干度 Xhes6 % 根据高压缸内效率求得 90.2072 第 7 级抽汽压力 Phes7 MPa 根据 Ths7=Thfwo7+hu 查疏水压力，考虑回热抽汽压损 2.391273 第 7 级抽汽干度 Xhes7 % 根据高压缸内效率求得 92.88低压缸抽汽74 第 1 级抽汽压力 Phes1 MPa 根据 Ths1=Thfwo1+lu 查疏水压力，考虑回热抽汽压损 0.023675 第 1 级抽汽干度 Xhes1

25、% 根据低压缸内效率求得 93.7376 第 2 级抽汽压力 Phes2 MPa 根据 Ths2=Thfwo2+lu 查疏水压力，考虑回热抽汽压损 0.073077 第 2 级抽汽干度 Xhes2 % 根据低压缸内效率求得 97.6378 第 3 级抽汽压力 Phes3 MPa 根据 Ths3=Thfwo3+lu 查疏水压力，考虑回热抽汽压损 0.187879 第 3 级抽汽干度 Xhes3 % 根据低压缸内效率求得 10080 第 4 级抽汽压力 Phes4 MPa 根据 Ths4=Thfwo4+lu 查疏水压力，考虑回热抽汽压损 0.417881 第 4 级抽汽干度 Xhes4 % 根据低压缸内效率求得 100104、热力计算方法与步骤在进行机组原则性热力系统计算中采用常规计算法中的串联法，对凝汽式机组采用“由高至低”的计算次序，即从抽汽压力最高的加热器开始计算，依次逐个计算至抽汽压力最低的加热器。4.1 计算步骤如下面的流程图