壓水堆朗肯循環(huán)效率分析

周建永

【摘 要】朗肯循環(huán)目前在國(guó)內(nèi)火電廠和核電廠應(yīng)用廣泛，汽輪機(jī)抽汽回?zé)岷椭虚g汽水分離再熱系統(tǒng)對(duì)于減少汽輪機(jī)冷源損失，增加低壓缸做功蒸汽的干度，提高汽輪機(jī)運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性，具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】抽汽加熱;汽水分離再熱;熱效率;朗肯循環(huán)

中圖分類號(hào)： TM623.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0211-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.080

Analysis of Rankine Cycle Efficiency of Pressurized Water Reactor

ZHOU Jian-yong

（Department of Operations，China Nuclear Operation Management Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314300，China）

【Abstract】Rankine cycle is widely used in thermal power plants and nuclear power plants in China.The steam extraction regeneration and intermediate steam-water separation reheat systems of steam turbines are of great significance for reducing the loss of cold source of steam turbines，increasing the dryness of low pressure cylinder working steam and improving the thermal economy of steam turbines.

【Key words】Extraction steam heating;Steam-water separation and reheat;Thermal efficieney;Rankine cycle

1 典型的朗肯循環(huán)各曲線的意義

典型的朗肯循環(huán)如圖1所示，其各曲線的物理意義和對(duì)應(yīng)二回路熱力設(shè)備如下：

另外要說明的是：（1）對(duì)于DE段來說，圖中沒有表示出高低壓缸的區(qū)別。

（2）對(duì)于EA段既是等溫過程又是等壓過程，即位于溫熵圖中濕飽和蒸汽區(qū)的水平線既是等溫線又是等壓線。

（3）對(duì)于BC段，ADG也具有一定的加熱作用。

2 分高低壓缸和帶汽水分離再熱器的朗肯循環(huán)

我廠二回路分高低壓缸兩個(gè)做功部分，并且?guī)蛛x再熱器。其熱力過程在朗肯循環(huán)圖上表示如下：

其中DE段表示高壓缸做功部分，F(xiàn)G段表示低壓缸做功部分;

因F點(diǎn)為汽水分離再熱器出口蒸汽參數(shù)，且MSR二級(jí)加熱為VVP新蒸汽，而新蒸汽參數(shù)為圖中的D點(diǎn)，由傳熱原理得MSR出口蒸汽溫度不可能超過新蒸汽溫度，所以F點(diǎn)的高度一定低于D點(diǎn)，即TD>TF;

對(duì)于有汽水分離裝置的熱力循環(huán)，其再熱加熱部分EF為曲線，即E-e段因分離水后在E點(diǎn)后變成干蒸汽并隨抽汽加熱而溫度升高;如果沒有汽水分離，則E-e段為汽水混合物，隨抽汽加熱其干度增加，但溫度不變，直到e點(diǎn)以后才進(jìn)入干蒸汽和過熱蒸汽區(qū)，隨抽汽加熱而溫度升高。因此，在圖中E-e段表示為一個(gè)水平線。

對(duì)于乏汽冷凝過程GA：理想的朗肯循環(huán)冷凝過程隨乏汽的放熱其溫度不變，干度下降直至冷凝為飽和水，其汽化潛熱被海水帶走，因此A點(diǎn)落在飽和水線上。但實(shí)際的二回路汽水循環(huán)不可能與理想完全一樣，冷凝水會(huì)帶有一定過冷度。

3 帶高低壓缸抽汽加熱的朗肯循環(huán)

蒸汽在高低壓缸中部分抽出用于凝結(jié)水的加熱，對(duì)于我廠高壓缸、低壓缸都有抽汽，分別用于高壓加熱器、低壓加熱器和除氧器的加熱用汽（MSR一級(jí)再熱也為高壓缸抽汽）。對(duì)于高低壓缸的抽汽過程在朗肯循環(huán)圖中表示如圖3所示：

其中：MN線為高壓缸抽汽，mn線為低壓缸抽汽。抽汽用于加熱ABP和AHP。對(duì)于實(shí)際的加熱器傳熱過程，不可能完全利用抽汽熱量，會(huì)有一定的熱量損失。而朗肯循環(huán)圖中理想的認(rèn)為抽汽全部用于加熱給水。N點(diǎn)和n點(diǎn)落在B-C線（等壓加熱線）上。

4 朗肯循環(huán)效率分析

（1）在做效率分析前先明確汽水循環(huán)效率的計(jì)算方法：

對(duì)于圖1來說

其熱效率為：效率=做功/吸熱

做功過程為D-E，則做功的大小為HD-HE，H表示焓。

吸熱過程有兩部分：等壓吸熱過程B-C和等溫蒸發(fā)過程C-D（另外絕熱壓縮過程也使凝水的焓增加），這幾部分吸熱總量為HD-HA;

則總的熱效率為η=（HD-HE）/（HD-HA）

（2）抽汽加熱對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)只有一個(gè)抽汽，一個(gè)汽缸的情況，如圖4所示：

假設(shè)在M點(diǎn)抽汽，抽汽量點(diǎn)總蒸汽流量的百分比為a.則有：

做功大小為：（HD-HM）+（1-a）*（HM-HE）

其中：（HD-HM）為全部蒸汽從D到M點(diǎn)所做的功

（1-a）*（HM-HE）為扣除a百分比的抽汽后剩余蒸汽從M到E點(diǎn)所做的功。

由于抽汽的作用，使得水的吸熱點(diǎn)從B移到了N點(diǎn)，因此吸熱量可以表達(dá)為：

吸熱=HD-HN

循環(huán)的熱效率可表達(dá)為：η=[（HD-HM）+（1-a）*（HM-HE）]/（HD-HN）

另外由抽汽的放熱與給水的吸熱量相等可列等式：

（HM-HN）*a=（1-a）*（HN-HB）

其中：（HM-HN）*a表示抽汽放熱到N點(diǎn)所放出的熱量

（1-a）*（HN-HB）表示扣掉抽汽的蒸汽凝水從B到N點(diǎn)所吸收的熱量。從而可以看出，利用抽汽加熱，相當(dāng)于將給水的平均吸熱點(diǎn)提高。而抽汽部分如果忽略傳熱和散熱的損失，效率為100%，即全部利用。而蒸汽正常做功的效率是不可能達(dá)到100%的，綜上，抽汽加熱給水使熱力循環(huán)的效率提高，改善汽輪機(jī)運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性。

（3）汽水分離再熱（MSR）對(duì)循環(huán)效率的影響

對(duì)于有汽水分離再熱器的熱力循環(huán)，簡(jiǎn)化的朗肯循環(huán)如圖5所示：

由卡諾循環(huán)熱效率計(jì)算可知，循環(huán)的效率可以用T-S圖上的面積來表達(dá)。圖5中MSR部分的熱效率表達(dá)為ηMSR=（面積DEFG）/（面積EFbc）

沒有MSR的效率為：η=（面積ABCD）/（面積adBCb）

由之前的分析可知，F(xiàn)點(diǎn)高度小于C點(diǎn)，因此兩個(gè)效率η>ηMSR.因此實(shí)際中，增加MSR會(huì)減少熱力循環(huán)的效率。但由圖5可知，裝設(shè)MSR后會(huì)明顯提高低壓缸做功蒸汽的干度，改善了低壓缸工作條件，有利于提高膨脹機(jī)械的性能，并延長(zhǎng)其使用壽命，因此帶汽水分離再熱器也提高了汽輪機(jī)運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]核反應(yīng)堆熱工水力學(xué).

[2]工程熱力學(xué)汽水分離再熱器系統(tǒng)手冊(cè).