第三章-核电厂蒸汽循环

解：取水泵为控制体积。能量方程
qQ PB qm (h2 h1)
13712kJ/s 1467.95kg/s (704.1kJ/kg 694.8kJ/kg) 60.1kJ/s
查表得
与水泵功率相比，散热量可忽略不计
s1 1.987kJ/(kg K)、s2 2.008kJ/(kg K)
ex,H,2 ex,H,1 h2 h1 T0 (s2 s1) 704.1kJ/kg 694.8kJ/kg 298K [2.008kJ/(kg K) 1.987kJ/(kg K)] 6.258kJ/kg
43.274kg/s 459.67kJ/kg 47.112kg/s 306.77kJ/kg 763.610kg/s 100.38kJ/kg 927.072kg/s 848.33kJ/kg
88.86%
本例汽轮机没有散热，所以热（能量）利用率为100%，但是 从各排汽的熵逐步增大可知蒸汽在汽轮机内过程不可逆，因此
s4 s ' x(s" s ') 3.078kJ/(kg K) 0.9956(5.848 3.078)kJ/(kg K) 5.836kJ/(kg K)
7.08MPa，221.3℃ 时 h3=950.7kJ/kg ;s3=2.521kJ/(kg·K)；
环境态水 h0 104.87kJ/k g s0 0.3664kJ/(kg K)
3
取蒸汽发生器为控制体积，稳定运行状态 ●能量方程
一回路冷却剂质量流量
qm1(h1 h2 ) qm3 (h4 h3 ) Q
0
蒸汽发生器的产汽量
qm1(h1 h2 ) qm3 (h4 h3 )
It qm1(ex1 ex2 ) qm3 (ex4 ex3 )
方程
It qm1(ex1 ex2 ) qm3 (ex4 ex3 ) Ex,Q
1。
Baidu Nhomakorabea
17
三、给水泵 取水泵为控制体积，能量方程 PB qm (h2 h1) qQ 平衡方程
I PB qm (ex,H,2 ex,H,1) Ex,Q
效率
ex
qmex,H 2 PB qmex,H1
通常水泵运行时可以 假定为绝热过程
PB qm (h2 h1)
I PB qm (ex,H,2 ex,H,1)
●可逆过程汽轮机输出技术功 wt h1 h2
●不可逆绝热过程实际作技术功
wT,act h1 h2,act (h1 h2 ) (h2,act h2 )
h0 h1 h2 理想绝热焓降9
●汽轮机相对内效率（汽轮机效率）
汽轮机内蒸汽实际作功
T
wT,act wt
h1 h2,act h1 h2
PT qm6 (h1 h6 ) qm5 (h1 h5 ) qm4 (h1 h4 ) qm3 (h1 h3 ) qm2 (h1 h2 ) 763.61kg/s (2991.1 2354.6)kJ/kg 47.112kg/s (2991.1 2470.7)kJ/kg 43.274kg/s (2991.1 2623.0)kJ/kg 36.0671kg/s (2991.1 2740.9)kJ/kg 37.009kg/s (2991.1 2859.6)kJ/kg 540374.7kW
s2 3.138kJ/(kg K)
7.08MPa，
221.3℃
5
h ' 1242.0kJ/k g s ' 3.078kJ/(kg K) h" 2777.8kJ/k g s" 5.848kJ/(kg K)
h4 h ' x(h" h ') 1242.0kJ/kg 0.9956(2777.8 1242.0)kJ/kg 2771.0kJ/kg
11
★ ex1
ex2
e w e ex ,T
T,act
x1
x2act
It ex1 ex2 wT,net
12
I ex,H1 (1 2 4 5 )ex,H 6 e2 x,H 2 e4 x,H 4 e5 x,H 5 7ex,H 7 e8 x,H 8 (1 2 4 5 7 8 )ex,H 9 ex,W ex,Q
ex ,T
qm1 (ex1
qm3ex4 ex2 ) qm3ex3
608.4kg/s 1036.19kJ/kg
0.944
4875kg/s 111.28kJ/kg 608.4kg/s 206.44kJ/kg
7
讨论： ▲蒸汽发生器的热（能量）量利用率是100%，但因传热温差， 1 ▲蒸汽发生器内两股流体（一回路冷却剂和二回路蒸汽）的 平均温差比火力电厂的锅炉中烟气和水的温差小得多，所以
假定T0=298K，p0=0.1MPa
汽轮机排向凝汽器的参数 p6 0.007MPa h6 2354.6kJ/kg
14
解：汽轮机排向凝汽器的流量
qm6 qm1 qm2 qm3 qm4 qm5 927.072kg/s 37.009kg/s 36.067kg/s 43.274kg/s 47.112kg/s 763.610kg/s
查相关资料
h0 104.87kJ/k g s0 0.3664kJ/(kg K)
s1 7.205kJ/(kg K) s2 7.222kJ/(kg K)
s3 7.245kJ/(kg K) s4 7.274kJ/(kg K)
s5 7.276kJ/(kg K) s6 7.579kJ/(kg K)
ex5 h5 h0 T0 (s5 s0 ) (2470.7 104.87)kJ/kg 298K (7.276 0.3664)kJ/(kg K) 306.77kJ/kg
ex6 h6 h0 T0 (s6 s0 ) (2354.6 104.87)kJ/kg 298K (7.579 0.3664)kJ/(kg K) 100.38kJ/kg
4-3绝热压缩，给水泵消耗的功
2-3乏汽在冷凝器中冷凝， 也为定压过程
wC h4 h3
q2 h2 h3
循环净功 wnet wt,T wC (h1 h2 ) (h4 h3 ) (h1 h4 ) (h2 h3 ) q1 q2 qnet 20
t
wnet q1
1 q2 q1
汽轮机内蒸汽理论功
大功率汽轮机0.85～0.92； 核电厂汽轮机稍小
h2.act h2 (1T )(h1 h2 ) h2 (1T )h0
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●图示的汽轮机系统，忽略管道损失，能量方程
wT,net h1 (12 4 5 )h6 2h2 3h3 4h4 5h5 7h7 8h8 (12 4 5 7 8 )h9 q
●
ex ,T
qm1 (ex1
qm3ex4 ex2 )
qm3ex3
4
【例3-1】大亚湾核电厂环路数是3，每环冷却剂的流量为 17550 t/h，一回路压力为15.5MPa，若冷却剂平均出口温度 329.8℃，平均进口温度290.8℃，蒸汽发生器产生的新蒸汽 是压力6.53MPa，干度为0.9956的湿饱和蒸汽，进入蒸汽发 生器的水压力为7.08MPa，温度为221.3℃蒸汽发生器向环境
率。假定T0=298K，p0=0.1MPa。
解：冷却剂的流量
17550t/h qm1 3600 4875kg/s
h1 1515.0kJ/k g s1 3.527kJ/(kg K)
15.5MPa 290.8℃
15.5MPa
329.8℃h2 1287.8kJ/k g
冷却剂参数：
新蒸汽参数： p=6.53MPa，x=0.9956
ex3 h3 h0 T0 (s3 s0 ) (950.7 104.87)kJ/kg 298K (2.512 0.3664)kJ/(kg K) 206.44kJ/kg
ex4 h4 h0 T0 (s4 s0 ) (2771.0 104.87)kJ/kg 298K (5.836 0.3664)kJ/(kg K)
1 h2 h3 h1 h4
忽略水泵功
wnet wt,T wC h1 h2
15
ex1 h1 h0 T0 (s1 s0 ) (2991.1104.87)kJ/kg 298K (7.205 0.3664)kJ/(kg K) 848.33kJ/kg
ex2 h2 h0 T0 (s2 s0 ) (2859.6 104.87)kJ/kg 298K (7.222 0.3664)kJ/(kg K) 711.76kJ/kg
第三章 核电厂蒸汽循环 的热效率和效率
1
3-1
2
一、蒸汽发生器
压水堆核电厂一回路 工作压力在15MPa左右； 冷却剂（压力水）在反应堆的
进口温度位于280℃~300℃，出 口温度即蒸汽发生器进口温度约 310℃~330℃。
大亚湾核电厂: 一回路压力15.5MPa; 冷却剂出口平均温度为329.8℃。
18
【例3-3】大亚湾核电厂二回路的给水泵由给水泵汽轮机带动，
每台给水泵在额定输出功率时流量为1467.95kg/s。进入给水泵水 的焓694.8kJ/kg，温度164.3℃，经过水泵后水的焓为704.1kJ/kg， 温度165.6℃，水泵的功率13712kW，假定T0=298K，p0=0.1MPa，
6
1036.19kJ/kg
取蒸汽发生器为控制体积，稳定状态能量方程： qm1(h1 h2 ) qm3 (h4 h3 )
蒸汽流量
qm3
qm1(h1 h2 ) (h4 h3 )
4875kg/s (1515.0kJ/kg 1287.8kJ/kg) 608.47kg/s 2771.0kJ/kg 950.7kJ/kg
I PB qm (ex,H,2 ex,H,1)
13712kJ/s 1467.95kg/s 6.258kJ/kg 4525.6kJ/s
19
1-2 朗肯循环的热效率
一、核电厂循环的理论热效率
4-1 水在蒸汽发生器中的预热、 汽化过程近似认为定压过程
q1 h1 h4
1-2过程绝热
wt,T h1 h2
8
二、蒸汽轮机
●大型核电厂中应用最广的是饱和蒸汽轮机 ；
● 大亚湾核电站的两台汽轮发电机组在额定功率时，进入汽 轮机的新蒸汽是压力6.53MPa，干度为0.96的饱和蒸汽， 主蒸汽的流量是1467.95kg/s，排汽压力0.007MPa ，温度 为39℃
★汽轮机内过程的能量分析
●蒸汽经过汽轮机的绝热膨胀 与理想可逆过程有显著的差别
效率
9 12 4 5 7 8
ex
ex,W
e2 x,H 2
e4 x,H 4 5ex,H 5 7ex,H 7 8ex,H 8 ex,H1 (12 4 5 )ex,H 6
9ex,H 9
13
【例3-2】大亚湾核电厂汽轮机双流低压缸进汽量927.072kg/s， 进汽焓2991.1kJ/kg，温度267.31℃。汽轮机有4级抽汽，抽汽量和 抽汽状态分别为
qm2 37.009kg/s qm3 36.067kg/s qm4 43.274kg/s qm5 47.112kg/s
p2 0.3557MPa h2 2859.6kJ/kg
p3 0.1862MPa h3 2740.9kJ/kg
p4 0.0885MPa h4 2623.0kJ/kg p5 0.0331MPa h5 2470.7kJ/kg
16
ex
PT q e m2 x,H 2
qm3ex,H 3 qm4ex,H 4 q e m1 x,H1
qm5ex,H5 q e m6 x,H 6
540374.7kJ/s 37.009kg/s 711.76kJ/kg 36.067kg/s 586.91kJ/kg 927.072kg/s 848.33kJ/kg
ex3 h3 h0 T0 (s3 s0 ) (2740.9 104.87)kJ/kg 298K (7.245 0.3664)kJ/(kg K) 586.91kJ/kg
ex4 h4 h0 T0 (s4 s0 ) (2623.0 104.87)kJ/kg 298K (7.274 0.3664)kJ/(kg K) 459.67kJ/kg