压水堆二回路再热系统计算与分析

赵明，李克亮

（华北水利水电大学，河南 郑州 450000）

能源是人类生存的基础，是国家工业发展和社会进步的保障。目前世界消耗的能源主要是煤、石油、天然气等，这些能源的利用率较低，并且会对环境造成污染。核能作为一种新型能源，具有清洁、经济、单位能量大以及资源丰富等优点。自20世纪50年代至今，核电事业在全球范围内得到了很大发展。虽然核电蕴藏的能量巨大，但从节能和经济性方面出发，提高核电厂热力系统的热效率势在必行。核电厂二回路热力系统将蒸汽的热能转变为电能的原理与火电厂基本相同，但是它们之间也有很大差别：核电机组采用湿蒸汽作为工作介质，蒸汽参数远低于火电机组，和相同功率的火电机组比较，核电机组的有效焓降低，由此可知核电厂的理论热效率必然低于火电厂。核电机组与火电机组在设备结构上也有很大不同，因此不能直接采用火电机组的热力系统计算方法对核电二回路进行直接计算。目前在核电机组二回路的热力计算中，热平衡法、等效热降法、矩阵法、循环函数法等算法都得到了很好的应用。本文采用热平衡法对复杂的核电厂二回路热力系统进行了针对性研究，给出各项损失的计算方法以及压水堆原则性热力系统热效率的计算方法。

1 二回路热力系统计算

1.1 核电二回路热力系统计算步骤

核电厂汽轮机在结构上和火电厂有很大差别，核电厂再热循环的抽汽来自汽轮机高压缸，高压缸抽汽先进入汽水分离再热器进行汽水分离后进一步再热，输水排放到除氧器中。核电二回路再热机组进行再热循环时，汽水分离再热器、高压加热器以及除氧器联系在一起，因此进行热力计算时要把整个再热系统按照一个整体来计算。如下图1为压水堆二回路简化热力系统图。

1.2 各级抽汽流量计算

以再热器的蒸汽出口份额为参变量（假设汽轮机进汽份额α1=1），可以得到分离器疏水份额：

图1 压水堆二回路简化热力系统图

一级再热器抽汽份额：

二级再热器抽汽份额：

式中，hh为进入汽水分离器的蒸汽焓值；hrh为进入再热器的蒸汽焓值；hsep为汽水分离器分离出来的疏水焓值；hrh10为一级再热器进入二级再热器的蒸汽焓值；h7为七号高压加热器的抽汽焓值；hrh1w为一级再热器的疏水焓值；hrh20为二级再热器出口蒸汽焓值；h0为主蒸汽焓值；hrh2w为二级再热器疏水焓值，kJ/kg。

根据流量平衡和热平衡方程，利用迭代法可以求得蒸汽出口份额αrh值，代入式（1）～（3），解出分离器疏水份额αsep、一级再热器抽汽份额αrh1、二级再热器抽汽份额αrh2的值。

1.3 热平衡计算

循环内功W：

式中：h0为新蒸汽焓值，kJ/kg；qrh为再热吸热量，kJ/kg；hc为主汽机排汽焓，kJ/kg；hi为各级抽汽焓，kJ/kg；αi为各级抽汽份额；αc为主汽机排气份额；αw为主给水份额；tp给水泵焓升。

循环吸热量Q：

式中：tg为给水焓值。由于核电厂再热系统的热量来自循环内的蒸汽，所以循环吸热量不包括再热吸热量qrh。

广义冷源损失qc：

式中：tc为热井水焓值，kJ/kg。

（注：α0为汽机装置进汽份额。）

1.4 各项热量的修正

表1为各项损失对热力参数的影响，考虑到以上各项损失后，对所求的热量进行修正可得：

循环内功W：

表1 各项损失对热力参数影响

循环吸热量：Q=h0-tg+αb（hw-tg）

广义冷源损失：Qc=αc（hc-tc）+α1（hs-tc）+α0（hs-h0）+αq（hq-tc）

2 结语

本文首先对影响核电厂热效率的因素进行了研究，然后将热平衡方法与迭代方法相结合，在不考虑损失的情况下计算各热力参数，随后逐个引入各项因素造成的能量损失，这种逐渐增加复杂度的计算方法与文献的㶲分析法、文献的循环函数法以及文献的矩阵分析法等计算方法比较，具有算法简单、计算精度较高的优点，计算结果误差可以保证小数点十位以上，在电厂的热力计算中非常有效。