压水堆朗肯循环效率分析

周建永

【摘 要】朗肯循环目前在国内火电厂和核电厂应用广泛，汽轮机抽汽回热和中间汽水分离再热系统对于减少汽轮机冷源损失，增加低压缸做功蒸汽的干度，提高汽轮机运行热经济性，具有重要的意义。

【关键词】抽汽加热;汽水分离再热;热效率;朗肯循环

中图分类号： TM623.3文献标识码： A文章编号： 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 典型的朗肯循环各曲线的意义

典型的朗肯循环如图1所示，其各曲线的物理意义和对应二回路热力设备如下：

另外要说明的是：（1）对于DE段来说，图中没有表示出高低压缸的区别。

（2）对于EA段既是等温过程又是等压过程，即位于温熵图中湿饱和蒸汽区的水平线既是等温线又是等压线。

（3）对于BC段，ADG也具有一定的加热作用。

2 分高低压缸和带汽水分离再热器的朗肯循环

我厂二回路分高低压缸两个做功部分，并且带汽水分离再热器。其热力过程在朗肯循环图上表示如下：

其中DE段表示高压缸做功部分，FG段表示低压缸做功部分;

因F点为汽水分离再热器出口蒸汽参数，且MSR二级加热为VVP新蒸汽，而新蒸汽参数为图中的D点，由传热原理得MSR出口蒸汽温度不可能超过新蒸汽温度，所以F点的高度一定低于D点，即TD>TF;

对于有汽水分离装置的热力循环，其再热加热部分EF为曲线，即E-e段因分离水后在E点后变成干蒸汽并随抽汽加热而温度升高;如果没有汽水分离，则E-e段为汽水混合物，随抽汽加热其干度增加，但温度不变，直到e点以后才进入干蒸汽和过热蒸汽区，随抽汽加热而温度升高。因此，在图中E-e段表示为一个水平线。

对于乏汽冷凝过程GA：理想的朗肯循环冷凝过程随乏汽的放热其温度不变，干度下降直至冷凝为饱和水，其汽化潜热被海水带走，因此A点落在饱和水线上。但实际的二回路汽水循环不可能与理想完全一样，冷凝水会带有一定过冷度。

3 带高低压缸抽汽加热的朗肯循环

蒸汽在高低压缸中部分抽出用于凝结水的加热，对于我厂高压缸、低压缸都有抽汽，分别用于高压加热器、低压加热器和除氧器的加热用汽（MSR一级再热也为高压缸抽汽）。对于高低压缸的抽汽过程在朗肯循环图中表示如图3所示：

其中：MN线为高压缸抽汽，mn线为低压缸抽汽。抽汽用于加热ABP和AHP。对于实际的加热器传热过程，不可能完全利用抽汽热量，会有一定的热量损失。而朗肯循环图中理想的认为抽汽全部用于加热给水。N点和n点落在B-C线（等压加热线）上。

4 朗肯循环效率分析

（1）在做效率分析前先明确汽水循环效率的计算方法：

对于图1来说

其热效率为：效率=做功/吸热

做功过程为D-E，则做功的大小为HD-HE，H表示焓。

吸热过程有两部分：等压吸热过程B-C和等温蒸发过程C-D（另外绝热压缩过程也使凝水的焓增加），这几部分吸热总量为HD-HA;

則总的热效率为η=（HD-HE）/（HD-HA）

（2）抽汽加热对朗肯循环热效率的影响

为了简化计算，假设只有一个抽汽，一个汽缸的情况，如图4所示：

假设在M点抽汽，抽汽量点总蒸汽流量的百分比为a.则有：

做功大小为：（HD-HM）+（1-a）*（HM-HE）

其中：（HD-HM）为全部蒸汽从D到M点所做的功

（1-a）*（HM-HE）为扣除a百分比的抽汽后剩余蒸汽从M到E点所做的功。

由于抽汽的作用，使得水的吸热点从B移到了N点，因此吸热量可以表达为：

吸热=HD-HN

循环的热效率可表达为：η=[（HD-HM）+（1-a）*（HM-HE）]/（HD-HN）

另外由抽汽的放热与给水的吸热量相等可列等式：

（HM-HN）*a=（1-a）*（HN-HB）

其中：（HM-HN）*a表示抽汽放热到N点所放出的热量

（1-a）*（HN-HB）表示扣掉抽汽的蒸汽凝水从B到N点所吸收的热量。从而可以看出，利用抽汽加热，相当于将给水的平均吸热点提高。而抽汽部分如果忽略传热和散热的损失，效率为100%，即全部利用。而蒸汽正常做功的效率是不可能达到100%的，综上，抽汽加热给水使热力循环的效率提高，改善汽轮机运行热经济性。

（3）汽水分离再热（MSR）对循环效率的影响

对于有汽水分离再热器的热力循环，简化的朗肯循环如图5所示：

由卡诺循环热效率计算可知，循环的效率可以用T-S图上的面积来表达。图5中MSR部分的热效率表达为ηMSR=（面积DEFG）/（面积EFbc）

没有MSR的效率为：η=（面积ABCD）/（面积adBCb）

由之前的分析可知，F点高度小于C点，因此两个效率η>ηMSR.因此实际中，增加MSR会减少热力循环的效率。但由图5可知，装设MSR后会明显提高低压缸做功蒸汽的干度，改善了低压缸工作条件，有利于提高膨胀机械的性能，并延长其使用寿命，因此带汽水分离再热器也提高了汽轮机运行热经济性。

【参考文献】

[1]核反应堆热工水力学.

[2]工程热力学汽水分离再热器系统手册.