压水堆核电厂二回路系统初步设计-课程设计

压水堆核电厂二回路系统初步设计一、摘要本次课程设计是我们在学习《核动力装置与设备》等课程后的一次综合训练，在课程设计中我们应用所学的基本专业知识并在此基础上对核电厂二回路系统进行计算和设计。在本次设计中，我们对系统各参数在设备中的关系及相关制约因素加深了理解，提高了运算、制图和编程的能力，同时培养了对工程问题的严肃认真的态度。二、设计内容及要求（一）通过课程设计应达到以下要求：（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。（二）本课程设计的主要内容包括：（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。三、热力系统原则方案说明典型的压水堆核电站的二回路配置方式由基本的汽轮机组、用于提高功率和效率的汽水分离再热系统和回热系统组成。（一）汽轮机组汽轮机由一个高压缸、3个低压缸组成，高压缸、低压缸之间需要设置外置式汽水分离再热器。（二）蒸汽汽水分离再热系统汽水分离-再热器设置在主汽轮机的高、低压缸之间，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加热，第二级再热器使用蒸汽发生器的新蒸汽加热。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高压给水加热器（回热器的第六级和第七级）。高压缸排汽经过除湿和加热，进入低压缸后达到过热状态。（三）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。回热加热器按照汽水介质传热方式不同分为混合式加热器和表面式加热器，其中高压、低压给水加热器普遍采用表面式换热器，除氧器为混合式加热器。本次设计中，回热系统由四级低压回热器、一级除氧器和两级高压回热器组成。作为第六级回热的高压给水加热器采用主汽轮机高压缸的抽汽进行加热，作为第七级回热的高压给水加热器采用新蒸汽进行加热；除氧器采用高压缸的排汽进行加热，低压给水加热器采用主汽轮机低压缸的抽汽进行加热。本次设计中的核电机组二回路中的给水泵采用汽动给水泵，利用蒸汽发生器的新蒸汽，给水泵汽轮机排出的废汽被送到主冷凝器，其蒸汽进出口参数同高压缸蒸汽的进出口参数。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eNMW给定，10002一回路能量利用系数10.993蒸汽发生器排污率d1.05%4汽轮机组相对内效率i0.85汽轮机组机械效率m0.986发电机效率ge0.997新蒸汽压损fhpMPa3%8再热蒸汽压损rhpMParhp=8%hzp9回热抽汽压损jpe,MPa∆pe,j=4pe,j10低压缸排汽压损cdpkPa5%11高压给水加热器出口端差uh,℃312低压给水加热器出口端差ul,℃213加热器效率h0.9814给水泵效率pfwp,0.5815给水泵汽轮机内效率tifwp,0.8516给水泵汽轮机机械效率tmfwp,0.9017给水泵汽轮机减速器效率tgfwp,0.9818循环冷却水进口温度sw,1T℃2419循环冷却水温升swT℃720冷凝器传热端差T℃7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cpMPa选定，15~16162反应堆冷却剂的饱和温度sc,T℃查水和水蒸汽表确定3473反应堆出口冷却剂过冷度subT℃选定，15~20184反应堆出口冷却剂温度coT℃subsc,coTTT3295反应堆进出口冷却剂温升cT℃选定，30~40356反应堆进口冷却剂温度ciT℃ccociTTT2947二回路蒸汽压力spMPa选定，6~778蒸汽发生器出口新蒸汽温度fhT℃sp对应的饱和温度285.839蒸汽发生器出口新蒸汽干度fhx%给定99.7510循环冷却水温升swT℃选定，6~8711冷凝器传热端差T℃选定，3~10712冷凝器凝结水饱和温度cdT℃TTTTswsw,1cd3813冷凝器的运行压力cdpkPacdT对应的饱和压力6.6314高压缸进口蒸汽压力ih,pMPa由压损求得6.7915高压缸进口蒸汽干度ih,x%选定99.516高压缸内效率ih,0.7817高压缸排汽压力zh,pMPa0.718高压缸排汽干度zh,x%85.319汽水分离器进口蒸汽压力isp,pMPa0.720汽水分离器进口蒸汽干度isp,x%85.321第一级再热器进口蒸汽压力irh1,pMPa选定0.6822第一级再热器进口蒸汽干度irh1,x%99.7223第二级再热器进口蒸汽压力irh2,pMPa0.652824第二级再热器进口蒸汽温度irh2,T℃选定215.7125第二级再热器出口蒸汽压力zrh2,pMPa0.6326第二级再热器出口蒸汽温度zrh2,T℃选定265.8327低压缸进口蒸汽压力il,pMPa0．6328低压缸进口蒸汽温度il,T℃选定265.8329低压缸内效率il,0.8830低压缸排汽压力zl,pMPa0.0069831低压缸排汽干度zl,x%96.7832回热级数Z选定733低压给水加热器级数LZ选择434高压给水加热器级数HZ选择235给水回热分配fwhkJ/kgfwcdfwhhhZ10836低压加热器给水参数第j级进口给水比焓jhlfwi,kJ/kg1lfwo,lfwi,jjhh159.18;267.2；375.2；483.2；第j级出口给水比焓jhlfwo,kJ/kgfwlfwi,lfwo,hhhjj267.2；375.2；483.2；591.2；第j级进口给水温度jTlfwi,℃按jhplfwi,cwp,查水蒸汽表38；63.7；89.5；115.1第j级出口给水温度jTlfwo,℃按jhplfwo,cwp,查水蒸汽表63.7；89.5；115.1；139.437除氧器进口给水比焓idea,hkJ/kgLlfwo,idea,Zhh591.238除氧器出口给水比焓deahkJ/kgfwidea,deahhh699.239除氧器出口给水温度deaT℃deah对应的饱和水温度165.4240除氧器运行压力deapMPadeaT对应的饱和压力0.70841高压加热器给水参数第i级进口给水比焓ihhfwi,kJ/kg1ihfwo,hfwi,hhi699.2；807.2第i级出口给水比焓ihhfwo,kJ/kgfwhfwi,hfwo,hhhii807.2；915.2第i级进口给水温度iThfwi,℃按ihphfwi,fwp,查水蒸汽表164.58；189.3第i级出口给水温度iThfwo,℃按ihphfwo,fwp,查水蒸汽表189.3；213.4542高压缸抽汽（H,,1Zi）第i级抽汽压力iphes,MPa1.374；2.21第i级抽汽干度ixhes,%0.88；0.9143低压缸抽汽（L,,1Zj）第j级抽汽压力jples,MPa0.027；0.074；0.188；0.4第j级抽汽干度jxles,%0.932；0.941；1；1各数值计算过程如下：数值14：新蒸汽压损=3%，所以高压缸进口蒸汽压力=7（1-3%）=6.79数据17：取最佳分缸压力=0.1蒸汽出压，则=0.1*7=0.7数据18：根据数据14和15，可求得高压缸进口焓值,熵值,蒸汽在高压缸中经历等熵过程，所以,又因为=0.7，可查得出口理想干度为0.811，=2372.35。根据ih,=，可求得=2459.32，所以=0.853。数值19=数值17；数值20=数值20。数值22：数值23：=*96%=0.6528数值28：根据汽水分离再热器出口温度比新蒸汽温度低20℃，低压缸进口温度等于汽水分离再热器出口温度，所以=285.83-20=265.83℃。数值26=数值28数值31：低压缸出口参数计算方法与高压缸相同。数值35：多级回热分配可以采用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，这种方法简单易行。每一级加热器的给水焓升为1scdfwophhhZ，式中，sh——蒸汽发生器运行压力对应的饱和水比焓，kJ/kg；cdh——冷凝器出口凝结水比焓，kJ/kg；Z——给水回热级数。最佳给水温度可使回热循环汽轮机绝对内效率达到最大值。采用平均分配法进行回热分配时，其最佳给水比焓为opfw,cdopfw,hzhh按照蒸汽发生器运行压力sgp和最佳给水比焓opfw,h查水和水蒸汽表，可以确定最佳给水温度opfw,T。实际给水温度fwT往往低于理论上的最佳给水温度opfw,T，通常可以取为opfw,fw75.0~65.0TT（这里选0.65）由压力和实际给水温度，再一次通过等焓生分配的方法确定每一级加热器内的焓升。实际每一级给水焓升为：——给水比焓，kJ/kg；——冷凝器出口凝结水比焓，kJ/kg；——给水回热级数。表三热平衡计算结果序号项目符号单位计算结果1234561核电厂效率nppe,%30.0029.862反应堆热功率RQMW3.3333.3493蒸汽发生器总蒸汽产量sDkg/s1644.92008.24汽轮机高压缸耗汽量hps,Gkg/s1376.71598.21586.321304516682167555汽轮机低压缸耗汽量lps,Gkg/s949.3741629.8861359.4917.56981241.21012.36第一级再热器耗汽量rh1s,Gkg/s49.2172107.760461.027542.374462.085065.5159fwcdfwhhhZfwhcdhZ7第二级再热器耗汽量rh2s,Gkg/s81.552369.6687113.751479.9381101.3124106.84798除氧器耗汽量deas,Gkg/s69.236264.982564.495781.614377.383178.04349给水泵汽轮机耗汽量fwps,Gkg/s131.2461131.2401131.2401149.0183156.0183156.018310给水泵给水量fwGkg/s1662.11662.11662.12039.82039.82039.811给水泵扬程fwpHMPa99999912高压缸抽汽量第i级抽汽量（H,,1Zi）iGhes,kg/s63.4450;55.3256;59.4542;47.952658.9974;46.265674.6904;67.456378.1028;63.236560.7223;60.362513低压缸抽汽量第j级抽汽量（L,,1Zj）jGles,kg/s40.5321;40.6812;40.6987;38.866351.9310;52.9085;53.9500;52.802054.380;54.8804;53.9232;53.736140.5321;40.6812;40.6193;39.886249.5534;54.0451;54.0909;52.821252.8753;56.7193;56.7670;56.444;四、热平衡计算书1、已知核电厂的输出电功率为eN，假设电厂效率为NPPe,，则反应堆热功率为NPPe,eRNQ蒸汽发生器的蒸汽产量为fwsdsfh1Rs1hhhhQD式中，1——一回路能量利用系数；fhh——蒸汽发生器出口新蒸汽比焓，kJ/kg；sh——蒸汽发生器运行压力下的饱和水焓，kJ/kg；fwh——蒸汽发生器给水比焓，kJ/kg；d——蒸汽发生器排污率，通常取为新