核电站蒸汽发生器的建模及仿真

对 流传 热 ，以 此 来 产 生 蒸 汽 。汽 轮 机 则 是 通 过 将 蒸汽 所携 带 的 热 能 转 化 为 机 械 能 ，进 而 转 化 成 电
器干燥 ，成为 主蒸 汽流 出蒸汽发生器 去推动汽轮
机做 功 。汽 水 分 离 器 分 离 出 的 水 流 回 给水 接 管 处 继续 加 热 。
图 ２ 蒸 汽 发 生 器分 段 示 意 图
，
次侧 载热剂 的平 均温 度 ；
—
—
金 属壁 温 ；
图 ２中的 Ｍ 表示 金属 壁 ，Ｐ表 示一 回路 。
Ｏ—— 液 相传 热 系数 ， 由换 热公 式 Ｄｔ ｌ Ｉ ｉ ｔｓ ｏｌｒ 算得 到 ； ｕ —Ｂ ｅｅ计 ｔ
器
设计 国产 化 ，基 本 掌 握 了百 万 千 瓦 压 水 堆 核 电 厂 的设计 能 力 ， 自主 研 发 了 Ｃ Ｐ ００以 及 改 进 了法 Ｎ １０ 国的 Ｍ３Ｏ技 术 。 国家 的长 期科 技 发 展规 划 为 重 点 Ｉ 开 发第 三代 核 电技 术 ，积 极 跟 踪 第 四 代 技 术 ，掌
张 腾 张海 霞 祁 小兵
（ 华北 电力大学控制 与计 算机 工程 学院 河北保 定 ０ １０ ） ７ ０３
［ 摘要］ 针对立式 ｕ型 自然循环蒸汽发 生器进行 建模与仿真研 究。采 用集总参数法，依据均相模
型 的基 本假设 ，给 出了各 个部 分 的数 学模 型 。基 于 Ｓ Ａ 一 Ｔ Ｒ９ ０仿 真 支撑 系统得 到 系统 的仿 真 模 型 ，并 进行
实时动 态仿 真 实验 ，验 证 了此 系统模 块化 模 型 的合理 性 。
［ 键词 ］ 蒸 汽发 生器 ；核 电 ；仿 真 关 ［ 中图分 类号 ］ ＴＡ８ Ｉ ［ 献标 识码 ］ Ａ 文 机运 转 产 电。其一 、二 回路 流程 图如 图 １ 所示 。
引 言
我 国国民经济 的快速发展拉 动了能源需求 的
～
１ ～ ９
《 仪器仪表 与分析监测》２ １ ０ １年第 ４期
参 数 法建立 式 ｕ 型蒸 汽发 生器 的 过程 数 学 模 。将 其 划分 为几 部分 ，说 明如下 ：
金属 壁能 量守 恒方程 ：
ａｒ ｍ Ｍｚ Ｃｍ －
—
二次侧 ，分为给水 室、下 降区段 、二次侧 一 段 、二次侧 二段 、上 升段 、蒸汽空 间六部分 ；一 次侧 ，沿流程依据二次侧 不 同区段 的换热 分为 四
性能直接影响到整个核电站的安全与经济运行。
本 文采 用集 总参 数 法 建 立 立 式 ｕ 型 管 蒸 汽 发
生器模型 ，在 Ｓ Ａ ． Ｔ Ｒ９ ０仿真支撑 平 台上构建 其仿
真模 型 。
ｌ 压 水 堆 核 电 站蒸 汽产 生 机 理
在压 水 堆 核 电机 组 中反 应 堆 产 生 的热 量 由一 回路 载热 剂 携 带 通 过 蒸 汽 发 生 器 与 二 回路 循 环 水
Ｇ —— 工 质流 量 ；
— —
控 制体 内工质 总质 量 ；
金 属质 量 ；
—
—
ｃ —— 金属 比热 ，本 文建 模 时 假 设其 值 为恒 定值 ；
Ｑ——一 回路传热量 ；
回 路
Ｑ—— 二 回路 吸热量 ， 由二 回路 吸热 区
段计 算 获得 ；
— — 一
核 电站蒸汽发生器的建模及仿真
张
腾 ，等
核 电站 蒸 汽 发 生器 的建 模 及 仿 真
Ｍｏ ｅｉｇ ａ ｄ Ｓｉ ｌｔ ｎ ｏ ｔ ａ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒｉ ｃｅ ｒＰｏ ｒＰ ａ ｔ ｄ ｌ ｎ ｍｕａ ｉ ｆｓｅ ｍ ｅ ｅ ａ ｏ ｎ Ｎｕ ｌａ ｗｅ ｌｎ ｎ ｏ
能 ，因此 ，蒸汽质 量 的好坏 ，直接影 响汽轮机 的
运 行 及安 全 状 况 。在 压 水 堆 核 电 站 中 ，蒸 汽 发 生
器 的 ｕ型管作为换热介质 ，将载热剂携带 的热量 传递给二 回路工质 ，最终产 生饱和蒸 汽带动汽轮
３ 蒸汽发 生器 的数 学模型
根据 蒸汽 发 生 器 的工 作 特 性 宜 采 用 分 段 集 总
快 速增 长 ，世 界 能 源 组 织 给 出 的 最 新 报 告 的 结
论¨ ：“ ］ 核能是唯一可替代煤 、石油 、天然气等燃
碳 物质 ，并 可满 足作 为 电力基 本要 求 的能源 ” 。
我 国核 电技 术 的发 展 方 针 是 “ 极 推 进 核 电 积 建设 ” ，并 且 已 自主 实 现 了 ６ ０万 千 瓦 压 水 堆 机 组
段 ；金 属 侧 ，依 据 一 次 侧 分 为 四段 。分 段 示 意 如
：
一
Ｑ～ Ｑ
（） ２
回路传热量计算如下 ：
Ｑ ＝ａＡ ｆ（ 一 ） ｌ （） ３
图 ２所 示 。
警
（） ４
Ｐ２：Ｐｌ—ｐ ｇｌ—ｋ ＡＧ
来自百度文库
式中：ｈ 、ｈ——控制体的入 口焓值 、出 口焓值 ； ２
口水室 ，然后流经传 热管并将热量通过传 热管传 递给二 回路工质。传热管 即 ｕ形 管的传 热特性决 定了整个蒸汽发生器 的传 热特性 ，是蒸 汽发生器
的核心 组 件 。二 回路 的 水 从 蒸 汽 发 生 器 上部 给 水 接 管流 人蒸 汽 发 生 器 ，沿 管 体 流 到 底 部 ，再 折 回 从 管体 中部 流 回上 部 。在 这 个 过 程 中二 回路 工 质 通 过 ｕ形 管 壁吸 收一 回路 载 热 剂 的热 量 产生 蒸 汽 ， 以汽水 混合 物 的形 式 流 人 蒸 汽 发 生 器 上 部 的 汽水 分 离器 。汽水 混 合 物 经 过 两 级 汽 水 分 离 器 ，分 离 出蒸 汽 。此 时蒸 汽 湿度 低 于 ０２ ％ ，再 经 过 干燥 ．５
图 ｌ 核 电站 工 质 流 程 图
２ 蒸 汽发生器的工作原理和流程
一
握较多的设计资料 ，积累大型核 电站 的工程建设
和项 目管理 经验 ，提 高 国产化 的能 力 。
蒸 汽发 生 器 是 核 电站 核 岛 的 核 心 装 置 ，它 的
回路 的 载 热 剂 从 蒸 汽 发 生 器 的底 部 进 入 入