壓水堆二回路再熱系統(tǒng)計(jì)算與分析

趙明，李克亮

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450000）

能源是人類生存的基礎(chǔ)，是國家工業(yè)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的保障。目前世界消耗的能源主要是煤、石油、天然氣等，這些能源的利用率較低，并且會(huì)對環(huán)境造成污染。核能作為一種新型能源，具有清潔、經(jīng)濟(jì)、單位能量大以及資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)50年代至今，核電事業(yè)在全球范圍內(nèi)得到了很大發(fā)展。雖然核電蘊(yùn)藏的能量巨大，但從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性方面出發(fā)，提高核電廠熱力系統(tǒng)的熱效率勢在必行。核電廠二回路熱力系統(tǒng)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑砼c火電廠基本相同，但是它們之間也有很大差別：核電機(jī)組采用濕蒸汽作為工作介質(zhì)，蒸汽參數(shù)遠(yuǎn)低于火電機(jī)組，和相同功率的火電機(jī)組比較，核電機(jī)組的有效焓降低，由此可知核電廠的理論熱效率必然低于火電廠。核電機(jī)組與火電機(jī)組在設(shè)備結(jié)構(gòu)上也有很大不同，因此不能直接采用火電機(jī)組的熱力系統(tǒng)計(jì)算方法對核電二回路進(jìn)行直接計(jì)算。目前在核電機(jī)組二回路的熱力計(jì)算中，熱平衡法、等效熱降法、矩陣法、循環(huán)函數(shù)法等算法都得到了很好的應(yīng)用。本文采用熱平衡法對復(fù)雜的核電廠二回路熱力系統(tǒng)進(jìn)行了針對性研究，給出各項(xiàng)損失的計(jì)算方法以及壓水堆原則性熱力系統(tǒng)熱效率的計(jì)算方法。

1 二回路熱力系統(tǒng)計(jì)算

1.1 核電二回路熱力系統(tǒng)計(jì)算步驟

核電廠汽輪機(jī)在結(jié)構(gòu)上和火電廠有很大差別，核電廠再熱循環(huán)的抽汽來自汽輪機(jī)高壓缸，高壓缸抽汽先進(jìn)入汽水分離再熱器進(jìn)行汽水分離后進(jìn)一步再熱，輸水排放到除氧器中。核電二回路再熱機(jī)組進(jìn)行再熱循環(huán)時(shí)，汽水分離再熱器、高壓加熱器以及除氧器聯(lián)系在一起，因此進(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)要把整個(gè)再熱系統(tǒng)按照一個(gè)整體來計(jì)算。如下圖1為壓水堆二回路簡化熱力系統(tǒng)圖。

1.2 各級抽汽流量計(jì)算

以再熱器的蒸汽出口份額為參變量（假設(shè)汽輪機(jī)進(jìn)汽份額α1=1），可以得到分離器疏水份額：

圖1 壓水堆二回路簡化熱力系統(tǒng)圖

一級再熱器抽汽份額：

二級再熱器抽汽份額：

式中，hh為進(jìn)入汽水分離器的蒸汽焓值；hrh為進(jìn)入再熱器的蒸汽焓值；hsep為汽水分離器分離出來的疏水焓值；hrh10為一級再熱器進(jìn)入二級再熱器的蒸汽焓值；h7為七號高壓加熱器的抽汽焓值；hrh1w為一級再熱器的疏水焓值；hrh20為二級再熱器出口蒸汽焓值；h0為主蒸汽焓值；hrh2w為二級再熱器疏水焓值，kJ/kg。

根據(jù)流量平衡和熱平衡方程，利用迭代法可以求得蒸汽出口份額αrh值，代入式（1）～（3），解出分離器疏水份額αsep、一級再熱器抽汽份額αrh1、二級再熱器抽汽份額αrh2的值。

1.3 熱平衡計(jì)算

循環(huán)內(nèi)功W：

式中：h0為新蒸汽焓值，kJ/kg；qrh為再熱吸熱量，kJ/kg；hc為主汽機(jī)排汽焓，kJ/kg；hi為各級抽汽焓，kJ/kg；αi為各級抽汽份額；αc為主汽機(jī)排氣份額；αw為主給水份額；tp給水泵焓升。

循環(huán)吸熱量Q：

式中：tg為給水焓值。由于核電廠再熱系統(tǒng)的熱量來自循環(huán)內(nèi)的蒸汽，所以循環(huán)吸熱量不包括再熱吸熱量qrh。

廣義冷源損失qc：

式中：tc為熱井水焓值，kJ/kg。

（注：α0為汽機(jī)裝置進(jìn)汽份額。）

1.4 各項(xiàng)熱量的修正

表1為各項(xiàng)損失對熱力參數(shù)的影響，考慮到以上各項(xiàng)損失后，對所求的熱量進(jìn)行修正可得：

循環(huán)內(nèi)功W：

表1 各項(xiàng)損失對熱力參數(shù)影響

循環(huán)吸熱量：Q=h0-tg+αb（hw-tg）

廣義冷源損失：Qc=αc（hc-tc）+α1（hs-tc）+α0（hs-h0）+αq（hq-tc）

2 結(jié)語

本文首先對影響核電廠熱效率的因素進(jìn)行了研究，然后將熱平衡方法與迭代方法相結(jié)合，在不考慮損失的情況下計(jì)算各熱力參數(shù)，隨后逐個(gè)引入各項(xiàng)因素造成的能量損失，這種逐漸增加復(fù)雜度的計(jì)算方法與文獻(xiàn)的?分析法、文獻(xiàn)的循環(huán)函數(shù)法以及文獻(xiàn)的矩陣分析法等計(jì)算方法比較，具有算法簡單、計(jì)算精度較高的優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果誤差可以保證小數(shù)點(diǎn)十位以上，在電廠的熱力計(jì)算中非常有效。