核動(dòng)力裝置循環(huán)熱力分析B-核動(dòng)力裝置

船舶核動(dòng)力裝置

MarineNuclearPowerPlants核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（V2009.04.14）MNPP-C06-L1502-Sep-23《核動(dòng)力裝置》26.2.2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(jī)膨脹終點(diǎn)蒸汽濕度較大，影響汽輪機(jī)效率和運(yùn)行安全性采用回?zé)嵫h(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(jī)內(nèi)膨脹終點(diǎn)的濕度02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》3

再熱循環(huán)圖6-10飽和蒸汽的朗肯循環(huán)+再熱循環(huán)02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》4

再熱循環(huán)的特點(diǎn)蒸汽在高壓汽輪機(jī)內(nèi)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(jī)內(nèi)做功蒸汽再熱提高了蒸汽在低壓汽輪機(jī)進(jìn)口處的溫度，減小了蒸汽的濕度，從而保證了汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性需要增加蒸汽再熱器等設(shè)備（通常情況下，先對(duì)高壓汽輪機(jī)排汽進(jìn)行除濕，然后再對(duì)蒸汽進(jìn)行再熱）需要消耗新蒸汽，用于加熱高壓缸排汽02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》5

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-Sep-23《核動(dòng)力裝置》6

6.2.3回?zé)嵫h(huán)圖6-11飽和蒸汽的朗肯循環(huán)+回?zé)嵫h(huán)02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》7

回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn)蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做完功后，排入冷凝器中凝結(jié)成水，在送入蒸汽發(fā)生器之前，用蒸汽加熱，使其進(jìn)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(yīng)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-Sep-23《核動(dòng)力裝置》8

增加回?zé)嵫h(huán)后的熱效率采用給水回?zé)崽岣吡藷崃ρh(huán)的平均吸熱溫度，有利于提高循環(huán)熱效率02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》9

采用回?zé)嵫h(huán)的熱力系統(tǒng)核動(dòng)力裝置熱力系統(tǒng)普遍采用回?zé)嵫h(huán)；船用核動(dòng)力裝置因受重量、尺寸等限制，回?zé)嵫h(huán)形式較為簡(jiǎn)單，一般設(shè)置1~2級(jí)給水加熱器，使用輔汽輪機(jī)排汽加熱給水核電站追求經(jīng)濟(jì)性，采用的回?zé)嵝问捷^為復(fù)雜，如大亞灣核電站設(shè)置了7級(jí)加熱器，其中4級(jí)低壓加熱器，一級(jí)除氧器，2級(jí)高壓加熱器，采用主汽輪機(jī)抽汽加熱給水02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》10

圖6-12給水回?zé)岬臒峤?jīng)濟(jì)性02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》11

回?zé)嵫h(huán)的基本規(guī)律循環(huán)熱效率隨著回?zé)峒?jí)數(shù)增加而提高，提高的幅度隨著級(jí)數(shù)的增加而遞減；當(dāng)給水溫度一定時(shí)，熱經(jīng)濟(jì)性也隨著回?zé)峒?jí)數(shù)的增加而提高，但其增長(zhǎng)率同樣也是遞減的；對(duì)任一回?zé)峒?jí)數(shù)，均有其相應(yīng)的最佳給水溫度，而且它是隨著級(jí)數(shù)的增加而提高；對(duì)任一回?zé)峒?jí)數(shù)的實(shí)際給水溫度，雖與最佳值有所偏離，對(duì)熱經(jīng)濟(jì)性的影響不大。02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》12

圖主機(jī)抽汽回?zé)?2-Sep-23《核動(dòng)力裝置》13

圖6-13主機(jī)多級(jí)抽汽回?zé)?2-Sep-23《核動(dòng)力裝置》14

圖輔機(jī)廢汽回?zé)岫芈纺芰坷孟禂?shù)02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》15不同熱力系統(tǒng)的比較方案Ⅰ：無回?zé)幔o機(jī)全部電動(dòng)方案Ⅱ：無回?zé)?，輔機(jī)部分汽動(dòng)方案Ⅲ：廢汽回?zé)幔瑥U汽壓力為最佳值，輔機(jī)汽動(dòng)方案Ⅳ：抽汽回?zé)?，抽汽壓力為最佳值，輔機(jī)全部電動(dòng)采用回?zé)嵫h(huán)的熱力系統(tǒng)，其熱效率高于無回?zé)嵫h(huán)的熱力系統(tǒng)02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》16

輔機(jī)汽動(dòng)或電動(dòng)對(duì)熱效率的影響部分輔機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方案：由于輔汽輪機(jī)容量小，效率低，能量損失較大，因而一定程度上降低了核動(dòng)力裝置的熱效率輔機(jī)全部電動(dòng)方案：輔機(jī)全部電動(dòng)，消除了運(yùn)行效率較低的輔汽輪機(jī)；汽輪發(fā)電機(jī)組的容量增大，運(yùn)行效率提高；核動(dòng)力裝置的熱效率要高于輔機(jī)采用汽動(dòng)的方案02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》176.2.4核動(dòng)力裝置的熱線圖

在工程中，往往采用由圖形符號(hào)構(gòu)成的線圖表示核動(dòng)力裝置熱力系統(tǒng)的組成、主要工質(zhì)（汽和水）的運(yùn)行路線和次序，并給出能量與質(zhì)量的平衡關(guān)系和分布情況，為管徑的確定提供依據(jù)。02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》186.2.4核動(dòng)力裝置的熱線圖

內(nèi)容：

熱力循環(huán)形式（再熱循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)）；蒸汽機(jī)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(jī)乏汽熱量及凝水熱量的方式；從主機(jī)中間級(jí)抽汽的蒸汽熱量再生系統(tǒng)；補(bǔ)充由蒸汽導(dǎo)管和凝水給水系統(tǒng)管系泄漏的方式。02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》196.3核動(dòng)力裝置能量平衡計(jì)算6.3.1能量平衡計(jì)算目的和依據(jù)6.3.2能量平衡計(jì)算基本方程6.3.3能量平衡計(jì)算方法02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》206.3.1能量平衡計(jì)算目的和依據(jù)目的對(duì)核動(dòng)力裝置進(jìn)行能量平衡計(jì)算，確定核動(dòng)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(dòng)力裝置能量利用的合理性和有效性、進(jìn)而指出熱力系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)的方向奠定基礎(chǔ)。02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》21

能量平衡計(jì)算的主要內(nèi)容對(duì)核動(dòng)力裝置進(jìn)行能量平衡計(jì)算，是在已經(jīng)確定的熱力系統(tǒng)組成形式以及蒸汽初、終參數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算確定核動(dòng)力裝置以下參數(shù)：裝置效率 反應(yīng)堆熱功率蒸汽產(chǎn)量 汽輪發(fā)電機(jī)組功率各主要設(shè)備的熱力參數(shù)02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》22

能量平衡計(jì)算的主要依據(jù)核動(dòng)力裝置的型式及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，明確規(guī)定主機(jī)至推進(jìn)器的傳動(dòng)方式；主機(jī)的型式以及全速工況下主機(jī)的有效功率；與熱力循環(huán)相適應(yīng)的核動(dòng)力裝置熱線圖形式，主要設(shè)備、輔助設(shè)備的組成及其相互聯(lián)系；當(dāng)裝置在計(jì)算工況和中間工況工作時(shí)，在所給定的熱線圖中主要設(shè)備、工質(zhì)的熱力參數(shù)；核動(dòng)力艦船的航行區(qū)域；某些設(shè)備的技術(shù)參考資料或母型、國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、某些有關(guān)的科研及試驗(yàn)成果等。

02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》2302-Sep-23《核動(dòng)力裝置》24

核動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)基本步驟方案設(shè)計(jì)：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(shè)備性能、大致經(jīng)費(fèi)、工程進(jìn)度規(guī)劃設(shè)計(jì)：落實(shí)經(jīng)費(fèi)和生產(chǎn)廠家擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)：進(jìn)行系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)：提出生產(chǎn)圖紙完成設(shè)計(jì)：修改完善，凍結(jié)設(shè)計(jì)在方案設(shè)計(jì)階段能量平衡計(jì)算的工作量較大，需要對(duì)多種熱力系統(tǒng)方案進(jìn)行比較和計(jì)算。02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》256.3.2能量平衡計(jì)算基本方程兩類基本方程能量平衡方程 質(zhì)量平衡方程根據(jù)核動(dòng)力裝置熱力系統(tǒng)和設(shè)備的特點(diǎn)，建立上述兩類方程，進(jìn)而確定相關(guān)的熱力參數(shù)02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》26

（1）反應(yīng)堆熱功率方程02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》27

（1）反應(yīng)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(yīng)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(cè)放出的熱量為02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》28

（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》29

（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器能量平衡和質(zhì)量平衡方程：產(chǎn)生的蒸汽量02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》30（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量——主汽輪機(jī)的耗汽量（主機(jī)抽汽回?zé)釙r(shí)，主機(jī)耗汽量應(yīng)為無抽汽時(shí)的耗汽量）；——輔機(jī)的耗汽量，包括汽輪發(fā)電機(jī)和輔助汽輪機(jī)的耗汽量；——?jiǎng)恿ρb置輔助設(shè)備耗汽量和為全船性服務(wù)的耗汽量，kg/s；——與主機(jī)抽汽有關(guān)的輔助設(shè)備消耗的系數(shù)；——抽汽質(zhì)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(chǎn)量增加的系數(shù)02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》31（2）蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量——第j個(gè)抽汽點(diǎn)的蒸汽焓值；——第j個(gè)抽汽點(diǎn)抽汽的凝水焓值；——進(jìn)入抽汽總管內(nèi)的廢汽或凝水焓值。02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》32

（3）主汽輪機(jī)耗汽量02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》33

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

02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》34

圖6-14汽輪機(jī)機(jī)械效率02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》35

（4）汽輪發(fā)電機(jī)耗汽量確定全船用電量的總和，作為汽輪發(fā)電機(jī)組的有效功率確定發(fā)電汽輪機(jī)進(jìn)出口蒸汽的參數(shù)查表確定汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、配電系統(tǒng)的效率參照前式計(jì)算汽輪發(fā)電機(jī)的耗汽量02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》36

（5）泄放水蒸發(fā)器產(chǎn)汽量02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》37

（5）泄放水蒸發(fā)器產(chǎn)汽量蒸汽發(fā)生器排污水的狀態(tài)，相當(dāng)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(dāng)于閃發(fā)室能量平衡和質(zhì)量平衡方程02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》38

（6）給水加熱器耗汽量02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》39

（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(jié)形成疏水如果沒有特殊說明，疏水相當(dāng)于加熱蒸汽壓力下的飽和水能量平衡方程02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》406.3.3能量平衡計(jì)算方法定功率法已知裝置有效功率 計(jì)算確定裝置有效效率計(jì)算采用逐次近似法假設(shè)裝置有效效率裝置熱力系統(tǒng)的能量平衡計(jì)算計(jì)算裝置有效效率比較假設(shè)效率與計(jì)算效率，確定是否需要重算02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》41逐次近似法明確已知條件和待定參數(shù)對(duì)裝置設(shè)計(jì)和對(duì)設(shè)計(jì)過程起主要作用重要參數(shù)：核動(dòng)力裝置的熱線圖；反應(yīng)堆進(jìn)、出口冷卻劑溫度，反應(yīng)堆冷卻劑運(yùn)行壓力，新蒸汽參數(shù)和冷凝器壓力；反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器和主汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和效率；輔機(jī)的配置及傳動(dòng)形式，機(jī)械的傳動(dòng)效率，這些數(shù)值可以在以后詳細(xì)規(guī)定；蒸汽發(fā)生器二次側(cè)給水進(jìn)口焓值。02-Sep-23《核動(dòng)力裝置》42

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