哈工程核学院压水堆热力系统初步设计说明书

压水堆核电厂二回路热力系统初步设计说明书摘要：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6.8MPa，高压缸排气压力为0.816MPa，一级再热器抽汽压力2.718MPa，低压缸进口过热蒸汽压力为0.784MPa,温度为269.88℃，冷凝器的运行压力为5kPa，给水温度为194.06℃。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除氧器。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36.25%。设计时，假设蒸汽发生器蒸汽产量为1，根据选定的合理的参数值可求出给水泵的耗汽份额为1.76%，假设低压缸进口蒸汽份额为a，低压回热蒸汽、再热蒸汽、高压回热蒸汽、除氧器加热蒸汽份额都可以用a表示。对除氧器列质量守恒、能量平衡方程即可求出a值，从而知道各设备的蒸汽分配。利用各设备的蒸汽分配后可求出高压缸、低压缸比做功量，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。1、设计内容及要求：1.1设计内容（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、发电量、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。1.2设计要求（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、热力系统原则方案说明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6.8MPa，冷凝器的运行压力为5kPa。2.1汽轮机组该核电厂汽轮机使用运行压力为6.8MPa的蒸汽发生器产生的低参数的饱和蒸汽，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和两级再热器。高压缸进口蒸汽压力为6.5MPa，高压缸内效率为79%，出口压力为0.816MPa，出口蒸汽干度为85.97%，低压缸进口压力为0.784MPa，温度为269.88℃，低压缸内效率为88%，排汽压力为5.3kPa，干度为88.24%。分缸压力为0.12，高压缸发出整个机组功率的36.14%，低压缸发出整个机组功率的63.86%。2.2蒸汽再热系统在主汽轮机的高、低压缸之间设置汽水分离-再热器，高压缸排汽经过分离器除湿、经过两级再热器加热，使得进入低压缸的蒸汽达到过热状态，提高了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（压力为2.718MPa，比焓为2642.658kJ/kg）加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽（压力为6.8MPa，比焓为2771.338kJ/kg）加热。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第一、第二级高压给水加热器。蒸汽经分离器后干度达到99.5%，经两级再热器加热后达到压力为0.784MPa、温度为269.88℃的过热蒸汽。2.3给水回热系统该设计的给水回热系统设有7级回热，低压回热4级，除氧器1级、高压回热2级，高压、低压给水加热器为表面式换热器，除氧器为混合式加热器。给水的焓升在各级回热器中平均分配，每级焓升为97.543kJ/kg。采用新蒸汽驱动的汽动给水泵，汽动给水泵的压力为6.9MPa，给水泵汽轮机排出的废汽被送到主冷凝器。高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽（抽汽压力1.50/0.92MPa）进行加热，除氧器采用高压缸的排汽(压力0.816MPa，干度85.97%)进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低压缸的抽汽（抽汽压力0.263/0.125/0.053/0.019MPa）进行加热。高压给水加热器的疏水逐级回流，最终送入除氧器；低压给水加热器的疏水逐级回流，最终送入冷凝器。除氧器既是热力除氧设备，又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经减压后排汽、高压给水加热器的疏水以及排污水经净化的蒸汽加热到除氧器运行压力0.4575MPa下的饱和温度148.54℃，经过除氧的饱和水再由给水泵输送到高压给水加热器，被加热到194.06℃后再送入蒸汽发生器。2.4参数的选择和结果表1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NeMW给定，10002一回路能量利用系数η10.99~1.03蒸汽发生器排污率ξd1.05%4汽轮机组相对内效率ηi0.78~0.905汽轮机组机械效率ηm0.98~0.996发电机效率ηge0.98~0.997新蒸汽压损ΔpfhMPaΔpfh=（3%~7%）pfh8再热蒸汽压损ΔprhMPaΔprh≤10%phz9回热抽汽压损Δpe，jMPaΔpe，j=（3%~5%）pe，j10低压缸排汽压损ΔpcdMka5%11高压给水加热器出口端差θh，u℃312低压给水加热器出口端差θl，u℃213加热器效率ηh0.97~0.9914给水泵效率ηfwp，p0.5815给水泵汽轮机内效率ηfwp，ti0.78~0.916给水泵汽轮机机械效率ηfwp，tm0.917给水泵汽轮机减速器效率ηfwp，tg0.9818循环冷却水进口温度Tsm，1℃2419循环冷却水温升ΔTsm℃6~820冷凝器传热端差δT℃3~10在确定二回路热力系统原则方案和给定的参数的基础上，选定和计算出热平衡计算的主要热力参数。选定、确定热力参数的顺序和方法见下表：表二主要热力参数确定序号项目符号单位计算公式或来源数值1反应堆冷却剂系统运行压力pcMPa选定，15~1615.52反应堆冷却剂的饱和温度Tc,s℃查水和水蒸汽表确定344.83反应堆出口冷却剂过冷度ΔTsub℃选定，15~20184反应堆出口冷却剂温度Tco℃Tco=Tc,s−ΔTsub326.85反应堆进出口冷却剂温升ΔTc℃选定，30~4036.86反应堆进口冷却剂温度Tci℃Tci=Tco−ΔTc2907二回路蒸汽压力psMPa选定，6~76.88蒸汽发生器出口新蒸汽温度Tfh℃ps对应的饱和温度283.889蒸汽发生器出口新蒸汽干度xfh%蒸汽发生器运行参数给定干度99.7510蒸汽发生器出口新蒸汽焓值hfhkJ/kg根据（ps、xfh）查水蒸汽表2771.338411循环冷却水温升ΔTsw℃选定，6~8612冷凝器传热端差δT℃选定，3~10313冷凝器凝结水饱和温度Tcd℃Tcd=TSW,1+ΔTsw+δT3314冷凝器的运行压力PcdkpaTcd对应的饱和压力515凝水焓值hcdkJ/kg查表Pcd对应饱和水焓值137.765116高压缸进口蒸汽压力ph，iMPa新蒸汽压损取4.0%ps6.52817高压缸进口蒸汽干度xh,i%近似焓相等过程，根据（ph，i、hfh）查表99.5318高压缸进口蒸汽熵值Sh,ikJ/(kg℃)根据（ph，i、xh,i）查水蒸汽表5.83649919高压缸排汽压力ph,zMPa选定分压比12%ps0.81620高压缸排汽理想焓值hh,z*kJ/kg熵相等过程，根据（ph,z、Sfh）查表2405.47821高压缸内效率ηh,i汽轮机效率0.78~0.89，选定0.790.7922高压缸排汽实际焓值hh,zkJ/kghh,z=hfh-ηh,i（hfh-hh,z*）2482.30823高压缸排汽干度xh,z%根据（ph,z、hh,z）查水蒸汽表xh,z85.9724汽水分离器进口蒸汽压力psp,iMPapsp,i=ph,z0.81625汽水分离器进口蒸汽干度xsp,i%xsp,i=xh,z85.9726第一级再热器进口蒸汽压力prh1,iMPa选定分离器压损2%psp,i0.799727第一级再热器进口蒸汽干度xrh1,i%分离后湿度0.5~1%，选定99.528第一级再热器进口蒸汽焓值hrh1,ikJ/kg根据（prh1,i、xrh1,i）查水蒸汽表2758.04929第二级再热器出口蒸汽压力prh2,zMPa再热器压损选定2%psp,i0.783730第二级再热器出口蒸汽温度Trh2,z℃比新蒸汽低10~20℃，选定端差14℃269.8831第二级再热器出口蒸汽焓值hrh2,zkJ/kg根据（prh2,z、Trh2,z）查水蒸汽表2993.61832第二级再热器进口蒸汽压力prh2,iMPa两级再热器等压损0.791733第二级再热器进口蒸汽焓值hrh1,2kJ/kg蒸汽经过两级再热器焓升相等2875.83434第二级再热器进口蒸汽温度Trh2,i℃根据（prh2,i、hrh1,2）查水蒸汽表215.7235低压缸进口蒸汽压力pl,iMPapl,i=prh2,z0.783736低压缸进口蒸汽温度Tl,i℃Tl,i=Trh2,z269.8837低压缸进口蒸汽焓值hl,ikJ/kghpl,i=hrh2,z2993.61838低压缸进口蒸汽熵值Sl,ikJ/(kg℃)根据（pl,i、Tl,i）查水蒸汽表7.1303739低压缸排汽压力pl,zMPa根据排汽压损，pl,z=pcd/0.950.005340低压缸排汽理想焓值hh,z‘kJ/kg等熵过程，根据（pl,z、Sl,i）查表2180.17941高压缸内效率ηh,i汽轮机效率0.78~0.89，选定0.880.8842高压缸排汽实际焓值hh,zkJ/kghh,z=hl,i–ηl,i（hl,i–hl,z*）2277.79243高压缸排汽干度Xl,z%根据（pl,z、hl,z）查水蒸汽表xl,z88.2444回热级数Z参照大亚湾核电站选定745低压给水加热器级数ZL参照大亚湾核电站选定546高压给水加热器级数ZH参照大亚湾核电站选定247最佳给水焓升Δhfw，opkJ/kgΔhfw，op=(hs‘-hcd)/(Z+1)139.911848最佳给水焓值hfw，opkJ/kghfw，op=hcd+ZΔhfw，op1117.14849最佳给水温度Tfw，op℃根据（psg、hfw，op）查水蒸汽表256.4850理论给水温度Tfw℃选定，Tfw=0.75Tfw，op192.3851理论给水焓值hfwkJ/kg根据Tfw对应饱和水焓值820.56852给水回热分配ΔhfwkJ/kgΔhfw=(hs-hcd)/Z97.54353凝水泵出口压力pcd，pMPa0.45~0.5MPa，选定0.50.554第1级低加进口给水比焓hlfwi,1kJ/kg凝水泵加压为等熵过程，查水蒸汽表138.26355第1级低加出口给水比焓hlfwo,1kJ/kghlfwo,1=hlfwi,1+Δhfw235.80656第2低加级进口给水比焓hlfwi,2kJ/kghlfwi,2=hlfwo,1235.80657第2低加级出口给水比焓hlfwo,2kJ/kghlfwo,2=hlfwi,2+Δhfw333.34958第3级低加进口给水比焓hlfwi,3kJ/kghlfwi,3=hlfwo,2333.34959第3低加级出口给水比焓hlfwo,3kJ/kghlfwo,3=hlfwi,3+Δhfw430.89360第4级低加进口给水比焓hlfwi,4kJ/kghlfwi,4=hlfwo,3430.89361第4级低加出口给水比焓hlfwo,4kJ/kghlfwo,4=hlfwi,4+Δhfw528.43662除氧器进口给水比焓hdea,ikJ/kghdea,i=hlfwo,4528.4366