核動力裝置循環(huán)熱力分析B核動力裝置

船舶核動力裝置

MarineNuclearPowerPlantsMNPP-C06-L1502-Feb-2326.2.2再熱循環(huán)影響朗肯循環(huán)效率的因素提高平均吸熱溫度、降低平均放熱溫度，均能提高循環(huán)熱效率飽和蒸汽的朗肯循環(huán)，汽輪機膨脹終點蒸汽濕度較大，影響汽輪機效率和運行安全性采用回熱循環(huán)，是為了提高朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度采用再熱循環(huán)，是為了降低汽輪機內膨脹終點的濕度02-Feb-233

再熱循環(huán)圖6-10飽和蒸汽的朗肯循環(huán)+再熱循環(huán)02-Feb-234

再熱循環(huán)的特點蒸汽在高壓汽輪機內膨脹做功，排出后送入蒸汽再熱器中加熱，使蒸汽溫度升高，然后再送入低壓汽輪機內做功蒸汽再熱提高了蒸汽在低壓汽輪機進口處的溫度，減小了蒸汽的濕度，從而保證了汽輪機運行的經濟性和安全性需要增加蒸汽再熱器等設備（通常情況下，先對高壓汽輪機排汽進行除濕，然后再對蒸汽進行再熱）需要消耗新蒸汽，用于加熱高壓缸排汽02-Feb-235

增加再熱循環(huán)后的熱效率采用蒸汽中間再熱是否能提高循環(huán)熱效率，取決于附加再熱循環(huán)平均吸熱溫度是否高于基本循環(huán)平均吸熱溫度。02-Feb-236

6.2.3回熱循環(huán)圖6-11飽和蒸汽的朗肯循環(huán)+回熱循環(huán)02-Feb-237

回熱循環(huán)的特點蒸汽在汽輪機內做完功后，排入冷凝器中凝結成水，在送入蒸汽發(fā)生器之前，用蒸汽加熱，使其進入蒸汽發(fā)生器的溫度提高由于給水溫度升高，使得蒸汽發(fā)生器中的平均吸熱溫度提高，循環(huán)熱效率也相應提高需要增加給水加熱器需要提供給水加熱所需要的蒸汽02-Feb-238

增加回熱循環(huán)后的熱效率采用給水回熱提高了熱力循環(huán)的平均吸熱溫度，有利于提高循環(huán)熱效率02-Feb-239

采用回熱循環(huán)的熱力系統(tǒng)核動力裝置熱力系統(tǒng)普遍采用回熱循環(huán)；船用核動力裝置因受重量、尺寸等限制，回熱循環(huán)形式較為簡單，一般設置1~2級給水加熱器，使用輔汽輪機排汽加熱給水核電站追求經濟性，采用的回熱形式較為復雜，如大亞灣核電站設置了7級加熱器，其中4級低壓加熱器，一級除氧器，2級高壓加熱器，采用主汽輪機抽汽加熱給水02-Feb-2310

圖6-12給水回熱的熱經濟性02-Feb-2311

回熱循環(huán)的基本規(guī)律循環(huán)熱效率隨著回熱級數(shù)增加而提高，提高的幅度隨著級數(shù)的增加而遞減；當給水溫度一定時，熱經濟性也隨著回熱級數(shù)的增加而提高，但其增長率同樣也是遞減的；對任一回熱級數(shù)，均有其相應的最佳給水溫度，而且它是隨著級數(shù)的增加而提高；對任一回熱級數(shù)的實際給水溫度，雖與最佳值有所偏離，對熱經濟性的影響不大。02-Feb-2312

圖主機抽汽回熱02-Feb-2313

圖6-13主機多級抽汽回熱02-Feb-2314

圖輔機廢汽回熱二回路能量利用系數(shù)02-Feb-2315不同熱力系統(tǒng)的比較方案Ⅰ：無回熱，輔機全部電動方案Ⅱ：無回熱，輔機部分汽動方案Ⅲ：廢汽回熱，廢汽壓力為最佳值，輔機汽動方案Ⅳ：抽汽回熱，抽汽壓力為最佳值，輔機全部電動采用回熱循環(huán)的熱力系統(tǒng)，其熱效率高于無回熱循環(huán)的熱力系統(tǒng)02-Feb-2316

輔機汽動或電動對熱效率的影響部分輔機采用汽輪機驅動方案：由于輔汽輪機容量小，效率低，能量損失較大，因而一定程度上降低了核動力裝置的熱效率輔機全部電動方案：輔機全部電動，消除了運行效率較低的輔汽輪機；汽輪發(fā)電機組的容量增大，運行效率提高；核動力裝置的熱效率要高于輔機采用汽動的方案02-Feb-2317核動力裝置的熱線圖

在工程中，往往采用由圖形符號構成的線圖表示核動力裝置熱力系統(tǒng)的組成、主要工質（汽和水）的運行路線和次序，并給出能量與質量的平衡關系和分布情況，為管徑的確定提供依據(jù)。02-Feb-2318核動力裝置的熱線圖

內容：熱力循環(huán)形式（再熱循環(huán)、回熱循環(huán)）；蒸汽機械的供汽方式（過熱蒸汽、減溫蒸汽、飽和蒸汽、抽汽等）；利用輔汽輪機乏汽熱量及凝水熱量的方式；從主機中間級抽汽的蒸汽熱量再生系統(tǒng)；補充由蒸汽導管和凝水給水系統(tǒng)管系泄漏的方式。02-Feb-23196.3核動力裝置能量平衡計算6.3.1能量平衡計算目的和依據(jù)6.3.2能量平衡計算基本方程6.3.3能量平衡計算方法02-Feb-23206.3.1能量平衡計算目的和依據(jù)目的對核動力裝置進行能量平衡計算，確定核動力裝置熱力系統(tǒng)的主要參數(shù)，為通過熱力分析確定核動力裝置能量利用的合理性和有效性、進而指出熱力系統(tǒng)優(yōu)化和改進的方向奠定基礎。02-Feb-2321

能量平衡計算的主要內容對核動力裝置進行能量平衡計算，是在已經確定的熱力系統(tǒng)組成形式以及蒸汽初、終參數(shù)的基礎上，計算確定核動力裝置以下參數(shù)：裝置效率 反應堆熱功率蒸汽產量 汽輪發(fā)電機組功率各主要設備的熱力參數(shù)02-Feb-2322

能量平衡計算的主要依據(jù)核動力裝置的型式及設計特點，明確規(guī)定主機至推進器的傳動方式；主機的型式以及全速工況下主機的有效功率；與熱力循環(huán)相適應的核動力裝置熱線圖形式，主要設備、輔助設備的組成及其相互聯(lián)系；當裝置在計算工況和中間工況工作時，在所給定的熱線圖中主要設備、工質的熱力參數(shù)；核動力艦船的航行區(qū)域；某些設備的技術參考資料或母型、國家設計標準、某些有關的科研及試驗成果等。

02-Feb-232302-Feb-2324

核動力裝置設計基本步驟方案設計：確定裝置方案（如堆型、功率、主要熱工參數(shù)等）、裝置總體及各主要設備性能、大致經費、工程進度規(guī)劃設計：落實經費和生產廠家擴大初步設計：進行系統(tǒng)及設備的設計工藝設計：提出生產圖紙完成設計：修改完善，凍結設計在方案設計階段能量平衡計算的工作量較大，需要對多種熱力系統(tǒng)方案進行比較和計算。02-Feb-23256.3.2能量平衡計算基本方程兩類基本方程能量平衡方程 質量平衡方程根據(jù)核動力裝置熱力系統(tǒng)和設備的特點，建立上述兩類方程，進而確定相關的熱力參數(shù)02-Feb-2326

（1）反應堆熱功率方程02-Feb-2327

（1）反應堆熱功率方程冷卻劑從堆芯帶出熱功率主泵加入到冷卻劑中的熱量反應堆冷卻劑系統(tǒng)的熱量損失冷卻劑在蒸汽發(fā)生器一次側放出的熱量為02-Feb-2328

（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產量02-Feb-2329

（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產量自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器能量平衡和質量平衡方程：產生的蒸汽量02-Feb-2330（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產量——主汽輪機的耗汽量（主機抽汽回熱時，主機耗汽量應為無抽汽時的耗汽量）；——輔機的耗汽量，包括汽輪發(fā)電機和輔助汽輪機的耗汽量；——動力裝置輔助設備耗汽量和為全船性服務的耗汽量，kg/s；——與主機抽汽有關的輔助設備消耗的系數(shù)；——抽汽質量系數(shù)；——由于抽汽加熱給水所引起的蒸汽發(fā)生器蒸汽產量增加的系數(shù)02-Feb-2331（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產量——第j個抽汽點的蒸汽焓值；——第j個抽汽點抽汽的凝水焓值；——進入抽汽總管內的廢汽或凝水焓值。02-Feb-2332

（3）主汽輪機耗汽量02-Feb-2333

（3）主汽輪機耗汽量——主汽輪機組的單位功率耗汽率；——主汽輪機組的有效功率；——主汽輪機耗汽量變化系數(shù)。

02-Feb-2334

圖6-14汽輪機機械效率02-Feb-2335

（4）汽輪發(fā)電機耗汽量確定全船用電量的總和，作為汽輪發(fā)電機組的有效功率確定發(fā)電汽輪機進出口蒸汽的參數(shù)查表確定汽輪機、發(fā)電機、配電系統(tǒng)的效率參照前式計算汽輪發(fā)電機的耗汽量02-Feb-2336

（5）泄放水蒸發(fā)器產汽量02-Feb-2337

（5）泄放水蒸發(fā)器產汽量蒸汽發(fā)生器排污水的狀態(tài)，相當于蒸汽發(fā)生器工作壓力下的飽和水泄放水蒸發(fā)器的工作壓力與蒸汽發(fā)生器相比非常低，泄放水蒸發(fā)器相當于閃發(fā)室能量平衡和質量平衡方程02-Feb-2338

（6）給水加熱器耗汽量02-Feb-2339

（6）給水加熱器耗汽量給水加熱器通常使用飽和蒸汽加熱給水，蒸汽放熱后凝結形成疏水如果沒有特殊說明，疏水相當于加熱蒸汽壓力下的飽和水能量平衡方程02-Feb-23406.3.3能量平衡計算方法定功率法已知裝置有效功率 計算確定裝置有效效率計算采用逐次近似法假設裝置有效效率裝置熱力系統(tǒng)的能量平衡計算計算裝置有效效率比較假設效率與計算效率，確定是否需要重算02-Feb-2341逐次近似法明確已知條件和待定參數(shù)對裝置設計和對設計過程起主要作用重要參數(shù)：核動力裝置的熱線圖；反應堆進、出口冷卻劑溫度，反應堆冷卻劑運行壓力，新蒸汽參數(shù)和冷凝器壓力；反應堆、蒸汽發(fā)生器和主汽輪機的結構形式和效率；輔機的配置及傳動形式，機械的傳動效率，這些數(shù)值可以在以后詳細規(guī)定；蒸汽發(fā)生器二次側給水進口焓值。02-Feb-2342

課堂練習如圖所示，SG熱負荷為55MW，出口蒸汽干度為0.9975，其運行壓力下的飽和蒸汽焓為2800.9kJ/kg，飽和水焓為961.96kJ/kg。SG排污水為SG運行壓力下的飽和水，排污量為蒸汽產量的1.05%，排入泄放水蒸發(fā)器后閃發(fā)，產生的飽和蒸汽用于對給水加熱，不足部分用新蒸汽補充。泄放水蒸發(fā)器產生的蒸汽焓為2716.4kJ/kg，排舷外污水焓為535.34kJ/kg。給水加