Nfwp,p?1000GfwHfwp?fwKW
式中:Gfw——给水泵的质量流量,kg/s;
Hfwp——给水泵的扬程,MPa; ρfw——为给水的密度,kg/m3。
(4)给水泵汽轮机理论功率计算
Nfwp,t???fwp,p?fwp,ti?fwp,tm?fwp,tg?Nfwp,p
式中:ηfwp,p——汽轮给水泵组的泵效率;
ηfwp,ti——给水泵组汽轮机内效率; ηfwp,tm——给水泵组汽轮机机械效率 ηfwp,tg——给水泵组汽轮机减速器效率
(5)给水泵汽轮机耗汽量计算
Gfwp,s?Nfwp,tHfh?Hh,z
式中:Hfh——为新蒸汽比焓
Hh,z——为高压缸排汽比焓
(6)低压给水加热器抽汽量计算
假设凝水量Gcd的数值,然后通过热量守恒方程即可确定各低压给水加热器的抽汽量,现将其表达式列如其下:
第四级:Gles,4??hfwGcd
?h?Hc(4)?Hw(4)?
第三级:Gles,3???hfwGcd??hGles,4?Hw(4)?Hw(3)???h?Hc(3)?Hw(3)?第二级:Gles,2?h??fwGcd??h?Gles,3?Gles,4??Hw?3??Hw?2???h?Hc?2??Hw?2???h?Hc?1??Hw?1??
? ?
第一级:Gles,1?h??fwGcd??h?Gles,2?Gles,3?Gles,4??Hw?2??Hw?1??式中:Gles,i——第i级低压加热器的抽汽量,kg/s;
Δhfw——每级加热器的平均焓升,kJ/kg;
ηh——加热器效率;
Hc(i)——第i级加热器抽汽比焓,kJ/kg; Hw(i)——第i级加热器疏水比焓,kJ/kg。
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(7)低压缸耗气量计算
通过质量守恒方程可以确定低压缸的耗汽量:
Gs,lp?Gcd??dDs?Gs,fwp
(8)再热器加热蒸汽量计算
通过热平衡方程可以确定再热蒸汽的加热蒸汽量:
第一级:GGs,lp?hrhzc,1???h?Hzc,1?Hzs,1??
第二级:GGs,lp?hrhzc,2????H
h?Hzc,2zs,2??式中:Gzc,1——第一级再热器加热蒸汽量,kg/s;
Gzc,2——第二级再热器加热蒸汽量,kJ/kg; Δhrh——再热器平均焓升,kJ/kg;
Hzc,i——第i级再热器加热蒸汽的焓值,kJ/kg; Hzs,i——第i级再热器疏水焓值,kJ/kg。
(9)高压给水加热器抽汽量计算
通过热量平衡的方法确定:
Gfw??hGzc,2?Hzs,2?Hw?7??hes,2?Gfw?h?h?Hc?7??Hw?7??
GGfw?hfw??h??Ghes,2?Gzc,2??Hw?7??Hw?6???Gzc,1?Hzs,1?Hw?6???hes,1??h?Hc?6??Hw?6??式中:Ghes,i——第i级高压加热器的抽汽量,kg/s;
Δhfw——每级加热器的平均焓升,kJ/kg;
(10)汽水分离器疏水流量计算
利用质量守恒方程即可求得:
Gs,lp(xrh1,i?xsp,i)fss?Gx
sp,i式中:Gfss——分离器至除氧器的疏水流量,kg/s;
Gs,lp——低压缸的耗气量,kg/s; xrh1,i——第一级再热器的进口干度; xsp,i——汽水分离器的进口干度。
(11)除氧器耗气量计算
利用热量守恒方程计算:
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Gs,dea?Gfwhdeao?Gfsshsp,i'?Gcdhhfwo,4?(Ghes,1?Ghes,2?Gs,rh1?Gs,rh2)Hw(6)hh,z
式中:hdeao——除氧器出口给水比焓,kJ/kg;
hsp,i——汽水分离器入口蒸汽焓值,kJ/kg; hhfwo,4——第四级加热器出口给水焓值,kJ/kg; Hw(6) ——第六级加热器出口疏水比焓,kJ/kg; hh,z——高压缸出口蒸汽比焓,kJ/kg。
(12)高压缸出口排气总流量计算
利用质量守恒可以求得:
Gt?Gs,dea?Gs,lpxrh1,ixh,z
式中:Gt——高压缸出口排气总流量,kg/s;
xrh1,i——第一级再热器进口蒸汽干度; xh,z——高压缸出口排气干度。
(13)高压缸耗气量计算
利用能量守恒方程,同时考虑到高压缸内的绝热焓降约占整个机组绝热焓降的40%,由此可以求得:
Gs,hp?40%Ne/(?m?ge)?Ghes,1(hh,i?Hc(6))?Ghes,2(hh,i?Hc(7))?Gs,rh1(hh,i?Hzc,1))hh,i?hh,z?Ghes,1?Ghes,2?Gs,rh1
式中:ηm——汽轮机组机械效率; ηge——发电机效率;
hh,i——高压缸进口蒸汽焓值,kJ/kg; hh,z——高压缸出口蒸汽焓值,kJ/kg。
(14)对假设冷凝水流量的验证判断
对除氧器运用质量守恒方程,可以得到冷凝水的流量,如下式:
Gcd?Gfw?(Ghes,1?Ghes,2+Gs,rh1?Gs,rh2)?Gfss?Gs,dea
将由上式得到的Gcd数值与步骤(6)中假设的Gcd数值进行比较,若相对误差大于1%,则返回步骤(6)进行迭代计算,直到满足精度要求为止。
(15)二回路系统总蒸汽耗量计算
同样运用质量守恒方程亦可以确定出二回路系统总的新蒸汽耗量,如下式:
Gfh?Gs,rh2?Gs,hp?Gfwp,s
(16)对假设核电厂效率的验证判断
根据(15)步求得的总蒸汽耗量,可以计算得到反应堆热功率,如下式:
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QR'?Gfh(hfh?hfw)??dGfh(hs'?hfw)
?1进而可以求出核电厂的效率:
?e,NPP'?Ne QR''将计算得到的核电厂效率ηe,NPP’与步骤(1)中初始假设的核电厂效率ηe,NPP
进行比较,若绝对误差大于0.1%,则返回步骤(1)进行迭代计算,直到满足精度的要求为止。
3.3热平衡计算流程
图:热力计算的一般流程
3.4计算结果及分析
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本次热力计算得到的核电厂的效率ηe,NPP=30.90%,比一般核电厂效率36%略低一点,其主要原因①在于,本次课程设计给出的高压缸、低压缸的内效率较低,造成其输出的有效功率较低,从而导致核电厂有效功率较低;②另外,从循环热力分析的角度来看,核电厂的效率偏低可能是因为,蒸汽发生器的压力选的不够高,导致给水吸热温度低。③或者是放热温度不太低,导致从低压缸排出的乏汽放热温度偏高,这些因素会导致核电厂有效功率降低;④除此以外,其他的因素主要体现在系统自身的能量消耗与散热上,比如管道设备的散热,阀件的少许泄露,补水的加入与污水的排放等,亦会造成核电厂效率的偏低。⑤当然,参数的选择,会对核电厂的效率也会造成影响。
通过计算可以确定高压缸做功占整个机组做功的40.44%,低压缸做功占整个机组做功的59.56%,这个与给出的数据符合地较好。计算得到的其他参数,高压缸的排气干度为86.67%,低压干的排气干度89.99%,均大于86%,而且通过其他书籍的参考,其数值也较为合理,这样既保证了汽轮机组的安全可靠运行,也保证的汽轮机组的功率输出,在安全可靠性与经济性之间做到了较好的调和。
本次课程设计算得的低压加热器的加热蒸汽量数值在50~60之间,高压加热器的加热蒸汽量数值在100左右,除氧器的加热蒸汽量数值是55.6134,再热器的加热蒸汽量数值在70左右,通过有关资料的参考与自己的验证分析,数值的大小是较为合理的。
本课程设计采用7级回热的方式,这样可以提高核电厂的循环效率,一般而言回热级数越高,核电厂的循环热效率会随之提高,但是增加的幅度却减少了,同时成本也会增加。这在设计时需要考虑。采用7级回热,是比较合理的。
4.结论
本次课程设计得到的核电厂效率ηe,NPP=30.90%,总蒸汽产量Ds=1728.85kg/s,高压汽轮机的耗气量Gs,hp=1548.89 kg/s,低压汽轮机耗气量Gs,lp=1056.26 kg/s,给水泵的功率为Nfwp,p=12437.5kW,给水泵的扬程为Hfwp=6.4420MPa。高压缸做功占整个机组做功的40.44%,低压缸做功占整个机组做功的59.56%,计算得到的各加热器、除氧器、再热器的加热蒸汽流量在合理适当的范围之内。
从系统方案上来讲:其一,增加给水回热级数,可以调高核电厂的热效率,但是应考虑到每增加一级加热器就要增加设备投资费用,所增加的费用应该能够从核电厂热经济性提高的收益中得到补偿,而且还应当尽量避免热力系统过于复杂,保证核电厂运行的可靠性。其二,采用中间再热的方式,对核电厂的热效率也会产生一定的影响,若使总的平均吸热温度增加,则核电厂的热效率就会提升,而且中间再热会使汽轮机的效率和安全性提高。其三,给水泵采用汽动汽轮机带动,会消耗一定的新蒸汽,虽然使得给水泵的自动调节功能得到了加强,但是这会使得新蒸汽减少,从而导致核电厂的热效率有所降低。最后,汽轮机高、低压缸的内效率也会对核电厂的热效率有影响,而且这个影响是较为重要的,提高汽轮机高、低压缸的内效率,会使整个核电厂的热效率得到提高。
从热力参数选择上来讲。其一,提高二回路工质的平均吸热温度,可以提高核电厂的热效率,这主要是通过增加一回路运行压力或者蒸汽发生器运行压力的方法实现的。其二,减少二回路工质的平均放热温度,可以提高核电厂的热效率,这主要是通过降低冷凝器的运行压力即降低其运行饱和温度的方法实现的。其
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