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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
2、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5.32kPa，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
3、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
4、，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
5、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。2.1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。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%，
6、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
7、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0.75MPa、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，第4级加热器的疏
8、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
9、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:式中，, 分别为反应堆出口、进口冷却剂温度，； 蒸汽发生器二次侧饱和蒸汽温度，；
10、 一般情况下，应该在20-30范围内，本设计中取32.24。3.2.2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。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。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，既259.34，这样保证具有适当的
11、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108.54Kj/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
12、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NeMW10002一回路能量利用系数10.9953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m0.9858发电机效率ge0.999新蒸汽压损PfhMpaPfh=5%Pfh10再热蒸汽压损PrhMpaPrh10%Phz11回热抽汽压损pejMpapej=4%Pej12低压缸抽汽压损PcdMpaPcd=5%Pcd13高压缸给水加热器出口端差hu314低压缸给水加热器出口端差lu215加热器效率h0.9816给水泵效率
13、fwpp0.5817给水泵汽轮机内效率fwpti0.818给水泵汽轮机机械效率fwptm0.919给水泵汽轮机减速器效率fwptg0.9820循环冷却水进口温度Tswl24表二 主要热力参数汇总表序号项目符号单位计算公式或来源取值范围或数值1反应堆冷却剂系统运行压力PcMpa选定，15-1615.42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，15-20164反应堆出口冷却剂温度Tco328.315反应堆进出口冷却剂温升Tc选定，30-40386反应堆进口冷却剂温度Tci290.317蒸汽发生器饱和蒸汽压力PsMpa选定，5.0-7.05.88蒸汽发生器饱和蒸汽温度TsPs对应的饱和温度273.429一、二次侧对数平均温差Tm32.2410冷凝器中循环冷却水温升Tsw选定，6-8611冷凝器传热端差T选定，3-10412冷凝器凝结水饱和温度Tcd3413冷凝器的运行压力PcdKpaTcd对应的饱和压力5.3214高压缸进口蒸汽压力PhiMPa5.5115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PhzMPa0.77
