核电厂二回路热力系统

核电厂二回路系统第八章核电厂二回路热力系统8.1概述8.2主蒸汽系统8.3凝结水和给水回热加热系统8.4给水除氧系统8.5蒸汽排放系统8.6蒸汽发生器排污系统8.1概述核电站二回路系统的功能：构成封闭的热力循环，将核蒸汽供应系统产生的蒸汽送往汽轮机作功，汽轮机带动发电机，将机械能变为电能。作为蒸汽和动力转换系统，在核电厂正常运行期间，本系统工作的可靠性直接影响到核电厂技术经济指标。从安全角度讲，二回路的另一个主要功能是将反应堆衰变热带走，为了保证反应堆的安全，二回路设置了一系列系统和设施，保障一回路热量排出，如蒸汽发生器辅助给水系统、蒸汽排放系统、主蒸汽管道上卸压阀及安全阀等就是为此设置的。控制来自一回路泄漏的放射性水平。二回路系统设计上，能提供有效的探测放射性漏入系统的手段和隔离泄漏的方法。凝结水水蒸汽蒸汽推动汽轮机做功，将蒸汽热能转换成汽轮机动能；继而汽轮机带动发电机发电。凝结水从蒸汽发生器内吸收一回路冷却剂的热量变成蒸汽热力循环核电厂二回路基本的工作原理节约能源、实现持续发展是当今世界的主流。如何提高能源的转换率也是当今工程热力学所研究的重要课题。电厂蒸汽动力循环也发展出如卡诺循环、朗肯循环、再热循环、回热循环等几种循环形式。二回路系统主要由饱和蒸汽汽轮机、发电机、冷凝器（或称凝汽器）、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、中间汽水分离再热器和相应的仪表、阀门、管道组成。还包括主蒸汽排放系统、循环冷却水系统、控制保护系统、润滑油系统等辅助系统。其中大部分设备与火电站差不多。组成典型热力系统介绍汽轮机采用的是一台双流高压缸和三台双流低压缸配置，串联在一根轴上，来自新蒸汽母管的主蒸汽管道经主汽阀和调节阀进入汽轮机，主汽阀用于停机时切断蒸汽供应；调节阀则用于按电网负荷的要求调节进汽量。从主蒸汽母管有一旁路管线与汽轮机并联，当电网阶跃大幅度降负荷或甩负荷时，蒸汽经此旁路管线排往凝汽器。该系统的基本特征是凝汽器真空除氧，在给水泵上游没有单独设置除氧器，这种设计在西屋公司二回路设计中经常被采用。该机组设有三级低压加热器、三级高压加热器、一级除氧器，具有汽水分离和二级再热。汽轮机组采用一台双流高压缸和两台双流低压缸配置，给水泵采用的是电动离心泵。回热加热器的疏水按逐级自流方式，高压加热器的疏水按逐级自流汇入除氧器，低压加热器疏水逐级自流最终汇入凝汽器。英国通用电气公司为大亚湾核电厂提供的二回路热力系统。汽轮机采用一台双流高压缸和三台双流低压缸，采用两级再热，回热加热系统由4级低压加热、两级高压加热和一台除氧器，给水泵采用的是两台50%容量的汽动给水泵和一台50%容量的电动给水泵。冷凝器蒸汽发生器高压缸汽水分离再热器低压缸低压加热器除氧器高压加热器凝结水泵主给水泵核电站经济指标（1）电站毛效率和净效率【电站毛效率】是指发电机输出电功率与热力系统输入热功率的比值。【净效率】则是指发电机输出电功率扣除厂用电后与热力系统输入热功率的比值。此指标代表了一个电厂能源转换的能力。大亚湾核电站发电机额定输出电功率为983.8MW，一回路输出热功率为2905MW，则毛效率为：η毛＝983.8/2905＝33.87%扣除厂用电49MW，电站净效率为：η净＝（983.8-49）/2905＝32.18%现代大型常规火电厂的毛效率一般为40%左右。(2)汽耗率【汽耗率】是指汽轮发电机组每发出1KWh电能所需要的蒸汽量。汽耗率是反映蒸汽做功能力大小的重要指标。大亚湾核电站汽轮机耗汽量为1532.7kg/ｓ＝5517.72×103kg/h，其汽耗率为d＝5517.72×103kg/h／983.8×103kWh＝5.61kg/kWh现代大型常规火电厂的汽耗率一般为3.0kg/kWh左右。（3）热耗率【热耗率】是指汽轮发电机组每发出1KWh电能所需要的热量。它反映电站所产热量的能级大小。蒸汽发生器产生的新蒸汽单位质量所含的能量为2773.1kJ/kg，进入蒸汽发生器的给水所含能量为967.62kJ/kg，则其热耗率为：q＝5.61×（2773.1－967.62）＝10128.7KJ/kWh现代大型常规火电厂的热耗率一般为8000kJ/kWh左右。8.2主蒸汽系统（VVP）主蒸汽系统安全阀安全阀安全阀大气大气大气隔离阀隔离阀隔离阀辅助给水系统辅助给水系统辅助给水系统凝汽器去轴封系统去再热器主汽轮机给水泵汽轮机给水泵汽轮机去再热器主蒸汽隔离阀管廊安全壳蒸汽旁路系统除氧器去蒸汽转换器主蒸汽系统主要设计参数8.3凝结水和给水回热加热系统凝结水和给水加热系统利用汽轮机抽汽对凝结水和给水加热,以提高热循环的经济性.从凝汽器热井到除氧器的部分属于凝结水系统,从给水泵到蒸汽发生器的部分属于给水系统。凝结水和给水加热系统主要由凝结水泵、回热加热器、疏水泵、除氧器、给水泵、疏水箱、疏水冷却器及抽气排气管道、疏水管道及阀门等组成。新蒸汽去蒸汽发生器高压加热器给水泵低压加热器凝结水泵凝汽器No.1No.2No.3汽水分离再热器A汽水分离再热器B除氧器高压缸1A1B1C2C2B2A3A3B4A4B6A6B7B7A凝结水—给水系统8.3.1回热加热器混合式加热器可将水加热至蒸汽压力下的饱和温度,即无端差,经济性好;由于没有金属传热面分隔,结构简单,并能去除所含气体,除氧器就是一个混合式加热器。表面式加热器通过金属壁将加热蒸汽的凝结放热量传递给凝结水或给水,因有传热阻力,一般不能将水加热至加热蒸汽压力下的饱和温度。加热蒸汽压力对应的饱和温度和加热器出口水温之差称为端差。表面式加热器表面式加热器多用U形管作为传热管的管壳式加热器第1、2级复合式加热器第1、2级复合式低压给水加热器所谓复合式加热器是指第1级和第2级低压给水加热器组合在一个共同的壳体内。每台机组有结构完全相同的三台复合式加热器，分别布置在三个冷凝器内。每台复合式加热器外壳内包容着两级用内壳体分隔开的U形管加热器，每级都是双流道U形管表面式热交换器。给水在U形管内流动，加热蒸汽在U形管外侧流动。第3、4级复合式低压给水加热器第3、4级低压加热器均为两列各为50%流量的U形管表面式加热器，由一个壳体、进出口水室、U形换热管束等组成。U形管胀接在管板上，管板再与水室和壳体焊在一起，管束封闭在一个带蝶形端部的圆柱形钢壳体内。水室被分为进口水室和出口水室。给水从水室下部进口水室进入，经U形管被蒸汽加热，从上部出口水室流出。加热蒸汽进入壳体内遇到防蒸汽冲击板后，蒸汽流向管束与壳体之间环形空间，沿着U形管长度均匀分布以加热给水，自身凝结成疏水经加热器底部疏水管道排出。高压给水加热器结构图大亚湾核电厂的卧式高压加热器也是U形管表面式热交换器，加热蒸汽与给水流程与低压加热器情况类似。所不同的是，高压加热器除冷凝段外，还有独立的疏水冷却段。低压给水加热系统的功能是利用汽轮机低压缸抽汽加热凝结水，以提高循环热效率，共有四级低加。高压加热器利用高压缸抽汽加热给水，以提高循环热效率。共有两级高加。回热系统中的热交换设备主要是给水加热器和除氧器。给水加热器一般为表面式热交换设备。蒸汽进入加热器壳体流经换热管束外表面，加热在管束里流动的水，其本身凝结成疏水经疏水管线排出加热器。凝结水经进口水室流入换热管束被蒸汽加热，经出口水室流出完成加热过程。加热器传热效率与加热器的传热面积、传热管子的清洁度、给水流速、加热蒸汽和给水的温度等因素有关。一般把位于凝结水泵以后和除氧器以前的给水加热器处于凝结水泵出口压力下工作，称为低压给水加热器；位于主给水泵出口以后的给水加热器处于给水泵高压力下工作，称为高压给水加热器。各级低压加热器的蒸汽来自低压缸抽汽。在从低压缸通往加热器的抽汽管道上装有逆止阀和隔离阀，逆止阀的位置尽量靠近抽汽口，以减少中间容积，防止汽轮机甩负荷时蒸汽或水倒流入汽轮机；隔离阀位置靠近加热器端，防止加热器传热管破裂或疏水受堵造或壳侧满水时倒流入抽汽管道。大亚湾核电厂二回路一、二级低压加热器直接布置在凝汽器喉部，这样大大缩短了抽汽管道长度，减小了湿汽容积，降低了汽轮机超速的危险性，所以这种情况下抽汽管道上不装逆止阀和安全阀。用于高压加热器的抽汽来自高压缸，抽汽管线上设有逆止阀和隔离阀，设置原则与上述低压加热器的相同。8.3.2抽气系统加热蒸汽在加热器或管道内的凝结水称为疏水。这里讲的疏水指加热器壳侧的凝结水。疏水方式有采用逐级自流的连接系统、采用疏水泵的连接系统和疏水冷却器系统。8.3.3疏水系统1、逐级自流疏水系统表面式加热器的疏水利用相邻加热器之间的压力差，将抽汽压力较高的加热器内的疏水逐级自流至相邻压力较低的一级加热器中，这样的疏水系统称为逐级自流疏水系统。对一个全部采用逐级自流的疏水系统，高压加热器逐级自流疏水至除氧器；对于除氧器前面几级低加加热器，疏水最终导入凝汽器。这种自流疏水系统，不增添任何设备，系统简单，但经济性差。这是由于从较高压力的加热器的疏水流到较低压力的加热器时，部分闪蒸蒸汽就排挤了一部分低压加热蒸汽，即减少了汽轮机的较低压力抽汽量。若保持汽轮机功率不变，势必增加凝汽循环发电量，最后增加了在凝汽器中的热损失。同时，疏水经过最后一级加热器排入凝汽器，热量被循环水带走，从而又引起额外的热损失。若逐级自流的疏水，最后不排到凝汽器，而是送入热阱或凝结水泵入口，则经济性会有所改善。2、疏水泵系统疏水泵系统是将回热加热器壳侧的疏水由疏水泵升压后送入凝结水或给水管路中。为了保证热经济性，疏水在与主凝结水混合时必须最接近于可逆过程，即使两者之间的温差尽可能小。所以用疏水泵将疏水送入加热器之后（按主凝结水流动方向）的主凝结水管道去的系统的热经济性好。这种疏水系统使主凝结水的加热温度较高，最接近于热经济最好的混合式加热器回热系统，但由于疏水量不大，约为主凝结水量的5%~15%，因而与主凝结水混合后使主凝结水额外温升不多，约0.5℃左右，所以这一系统的热经济性仍比采用混合式加热器的系统约低0.4%。采用疏水泵使得系统复杂，投资增加，耗厂用电，维修运行费用提高。因此，一般在低压的热器末级或次末级使用。例如，我国大亚湾核电厂，二回路系统第3、4级低压加热器的疏水经疏水泵送入第3、4级低压加热器之间的凝结水管道中。3、疏水冷却器系统为了减少疏水逐级自流存在的排挤低压抽汽量所引起的作功能力损失，可配置疏水冷却器。疏水冷却器系统借助主凝结水管内孔板造成压差，使部分主凝水进入疏水冷却器吸收疏水的热量，使疏水温度降低后再进入下一级加热器中，减少了疏水排挤低压抽汽所引起的热损失。这种系统没有增加转动设备，不增加电耗，运行可靠，但增设一台水一水热交换器，使投资增加，多用于对经济性要求高的大型机组中。有时将疏水冷却器与加热器放置在一个壳体内（有时称为内置疏水冷却器），正象前面所述的那样，在壳体一方设置一个疏水冷却段，使进入加热器的凝结水或给水先被疏水加热，疏水的温度降低后再排出加热器。大亚湾核电厂二回路第四级低压加热器就在管束最底部设有疏水冷却区，传热面积占总传热面积的5.7%。大亚湾核电厂二回路有两级高压加热器。两级高压加热器还分别接受汽水分离再热器的第一级、第二级再热器的疏水和排放蒸汽，回收了热量。(点击图片可放大)每台高压加热器配置一个疏水接受器。汽水分离再热器的第二级加热蒸汽凝结水排放到压力较高的高压加热器的疏水接受器，第一级再热器的疏水排放到压力较低的高压加热器的疏水接受器。这些疏水通过疏水箱内的不锈钢扩散器降压排放到对应疏水接受器。高压加热器疏水箱又称闪蒸箱，它安放在高压加热器壳体上方大亚湾核电厂二回路有两级高压加热器。两级高压加热器还分别接受汽水分离再热器的第一级、第二级再热器的疏水和排放蒸汽，回收了热量。每台高压加热器配置一个疏水接受器。汽水分离再热器的第二级加热蒸汽凝结水排放到压力较高的高压加热器的疏水接受器，第一级再热器的疏水排放到压力较低的高压加热器的疏水接受器。这些疏水通过疏水箱内的不锈钢扩散器降压排放到对应疏水接受器。疏水冷却段的疏水与加热抽汽的凝结水送至除氧器。