第11章 核电厂效率与热力系统性能分析
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核电厂效率与热力系统性能分析
2012-10-20
一、概述
二、汽轮机组的热力循环与效率
三、汽轮机相关概念 四、热力系统性能分析 五、机组的热性能
海南核电
随着设计水平的提高，管理经验的丰富，核安全已经可以得到足 够的保证，在此基础上，常规岛热力设备性能的维护及热力循环效率 的提高应逐步成为工作的一个重点。 压水堆核电站常规岛热力循环与常规火电站热力循环相比，除主 蒸汽参数和蒸汽再热系统以外，基本类似。
海南核电
效率 毛电效率η ：发电机输出功率Pel与反应堆热功率Pth之比
Pel Pth 100 %
净效率η′需减去厂用电功率Pei
'
Pel Pei Pth 100 %
海南核电
热经济性指标
汽耗率SR ：汽耗是机组每生产1kW〃h电所需要的蒸汽量
SR qm0 Pel
kJ / kW
h
热耗率HR：热耗是判断汽轮发电机组热力循环和运行情况的主要经 济指标。它的定义是每生产1kW〃h电所消耗的热量。
HR
0
0
kJ / kW
h
指的是蒸汽在锅炉的吸热量 。
Pel
海南核电
秦山二期汽轮机简介
秦山第二核电厂汽轮机是哈汽与美国西屋公司联合设计、合作制造 的600MW级核电机组，是一台单轴、四缸六排汽带中间汽水分离再 热器的反动凝汽式汽轮机，型号为HN642-6.41。 该汽轮机有一个高压缸，三个低压缸，均为双流式。四个高低压缸 转子通过刚性联轴器接成一个轴系，再通过刚性联轴器与发电机转 子相联。汽轮机的旋转方向为顺时针方向（由汽机向发电机看）， 工作转速为3000转/分。
SG pc p hT hh ht h ct
B
h fw
CD
h fw
hw
h ct
FP
hw
s
海南核电
秦山二期常规岛热力系统图 α
II
hro
MSR W
h0
7 HP 5 3
hri
LP1 2 65
α
LP2
LP3
4
S
αI
α
SG
α c hc
4
h4
hfw
α 7 h7 7#
α 6 h6 6#
α 5 h5 5#
除氧器
α 3 h3
海南核电
常规电厂纯凝汽式汽轮机组的热力循环
p 0T 0h 0
T
pc h ct
B CD
wenku.baidu.comh fw
FP
hw
工质（水）在锅炉B中定压加热、汽 化和过热（T-s图中4-5-6-1）后，进入 汽轮机T中定熵膨胀作功（1-2），做 完功的蒸汽排入凝汽器CD，定压凝 结成水，即循环的冷端损失（2-3）， 凝结水经给水泵FP定熵压缩后进入锅 炉（3-4），进行热力循环。
海南核电
压水堆核电厂常规岛的热力循环
T
5 4 3 1 p 0T 0h0
4-5-1：在蒸发器中定压加热、汽化； 1-2：进入汽轮机T中定熵膨胀作功；
hfw hw 2
h
ct
2-3：乏汽排入凝汽器CD，定压凝结 成水；
s
3-4：经给水泵FP定熵压缩后进入蒸 发器。
海南核电
循环效率 循环效率t表示每千克工质在循环中作的理想净功Wt与从锅炉（蒸发 器）吸收的热量Q0之比。
p0T 0h0
T
T
hfw hct pc h3t hbfw
p0T 0h0 a1h1t a2h2t a3h3t
B
hfw
h1t
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CD
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hw
FP
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hct
s
海南核电
带中间再热系统的热力循环
p 0T 0h 0 p rT rh r
T
MLT
p 0T 0h 0
p rT rh r
RH
HT
p hT hh ht
热偏差法；
等效焓降法； 循环函数法等。
海南核电
热性能（TPI）曾经是世界核营运者协会（WANO）用来衡量核电站 管理业绩的性能指标之一，它反应了核电站管理者在提高电站热经 济性方面所做的努力。与热效率等技术指标不同的是，它是一个管 理指标。
海南核电
TPI定义 热性能指标定义为最佳可达毛热耗与实际毛热耗的修正平均值之比， 用百分数表示。
h 0 h ct h 0 h fw
即：
t
Ht Q0
100 %
海南核电
循环效率 对于常规电厂，为提高机组循环效率，可以简单采取如下措施： 提高蒸汽初参数；
降低蒸汽终参数。
但以上两种方式主要受到材料限制，因此电站一般采用给水回 热系统和中间再热系统来提高循环效率。
海南核电
带给水回热系统的热力循环
3#
α 2 h2 2#
α 1 h1 1#
补 水 11 5.9 t/h
海南核电
秦山二期常规岛热力系统图 汽轮机有7级抽汽；回热系统包括3级低压加热器、三级高压加热器 和一台除氧器。1、2级低加为三列并联连接的复合式加热器，第3级 低加为3A、3B并列运行。三级高加也是A、B两列加热器并列运行。 高低压加热器均为疏水逐级自流；再热系统包括两台并列运行的汽 水分离二级再热器；主给水泵为电动给水泵。
海南核电
常规电厂纯凝汽式汽轮机组的热力循环
T
1 p0T 0h 0 5 6 4 3 h fw hw 2 hct
4-5-6-1：定压加热、汽化和过热； 1-2：汽轮机中定熵膨胀作功； 2-3：乏汽排入凝汽器CD，定压凝结 成水； 3-4：经给水泵FP定熵压缩后进入锅炉。
s
海南核电
压水堆核电厂常规岛的热力循环
最佳可达毛热耗BAHR
额定循环冷却水温度下，功率为100%时电站所能获得的最小或最佳 毛热耗，单位为kJ/kWh。
实际毛热耗的修正平均值AAHR
由月度中每周的正常在线设备试验中获得，单位为KJ/KWh。这个修 正平均值应将月度中的每周数据加以平均。
海南核电
TPI的意义与局限性 该指标的最大优点是即使海水温度或者功率水平不同，也可以互相 比较而反映机组运行情况的好坏，这点是机组的效率指标所不能反 映的。
海南核电
核电厂汽轮机的特点 新蒸汽参数在一定范围内变化； 新蒸汽参数低，且多用饱和蒸汽；
理想焓降小，容积流量大；
汽轮机中积聚的水分多，容易使汽轮机组产生超速。
海南核电
热力系统性能分析，常称为热经济性分析，其实质是在当前边界条 件下运行参数应达值已知的前提下，对各运行参数偏离其应达值对 热力系统的热力循环经济性指标影响的定量分析。 常用的热经济性分析方法有： 常规热平衡法；
因此，适用于火电厂的热经济指标和热力系统性能分析方法经过 有针对性的改进也可用于核电厂。
海南核电
理想蒸汽热力循环（朗肯循环）：
压水堆核电站常规岛与常规火电站的热力循环有一些不同之处，其 中一点就是主蒸汽参数不同，常规火电站为过热蒸汽，而压水堆核电站 主蒸汽为饱和蒸汽。所以两者的朗肯循环T—s（温—熵）图是不一样的。
p 0T 0h 0
T
SG h fw pc h ct
CD FP
hw
工质（水）在蒸发器SG中定压加热、 汽化（T-s图中4-5-1）后，进入汽轮 机T中定熵膨胀作功（1-2），做完功 的蒸汽排入凝汽器CD，定压凝结成 水，即循环的冷端损失（2-3），凝 结水经给水泵FP定熵压缩后进入蒸发 器（3-4），进行热力循环。
在一定程度上能够反映机组提高热效率的潜力，可以指导我们努力 使机组发挥最大的运行能力。
但TPI只能从总体上反映机组的运行情况，不能说明具体系统的性能。 即使热性能值很低，也无法单从该值判断是哪个环节的问题。若要 反映具体设备、系统的性能情况还必须使用其他的指标。
海南核电
请指正。 谢谢！
2012-10-20
一、概述
二、汽轮机组的热力循环与效率
三、汽轮机相关概念 四、热力系统性能分析 五、机组的热性能
海南核电
随着设计水平的提高，管理经验的丰富，核安全已经可以得到足 够的保证，在此基础上，常规岛热力设备性能的维护及热力循环效率 的提高应逐步成为工作的一个重点。 压水堆核电站常规岛热力循环与常规火电站热力循环相比，除主 蒸汽参数和蒸汽再热系统以外，基本类似。
海南核电
效率 毛电效率η ：发电机输出功率Pel与反应堆热功率Pth之比
Pel Pth 100 %
净效率η′需减去厂用电功率Pei
'
Pel Pei Pth 100 %
海南核电
热经济性指标
汽耗率SR ：汽耗是机组每生产1kW〃h电所需要的蒸汽量
SR qm0 Pel
kJ / kW
h
热耗率HR：热耗是判断汽轮发电机组热力循环和运行情况的主要经 济指标。它的定义是每生产1kW〃h电所消耗的热量。
HR
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kJ / kW
h
指的是蒸汽在锅炉的吸热量 。
Pel
海南核电
秦山二期汽轮机简介
秦山第二核电厂汽轮机是哈汽与美国西屋公司联合设计、合作制造 的600MW级核电机组，是一台单轴、四缸六排汽带中间汽水分离再 热器的反动凝汽式汽轮机，型号为HN642-6.41。 该汽轮机有一个高压缸，三个低压缸，均为双流式。四个高低压缸 转子通过刚性联轴器接成一个轴系，再通过刚性联轴器与发电机转 子相联。汽轮机的旋转方向为顺时针方向（由汽机向发电机看）， 工作转速为3000转/分。
SG pc p hT hh ht h ct
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海南核电
秦山二期常规岛热力系统图 α
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α
LP2
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除氧器
α 3 h3
海南核电
常规电厂纯凝汽式汽轮机组的热力循环
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工质（水）在锅炉B中定压加热、汽 化和过热（T-s图中4-5-6-1）后，进入 汽轮机T中定熵膨胀作功（1-2），做 完功的蒸汽排入凝汽器CD，定压凝 结成水，即循环的冷端损失（2-3）， 凝结水经给水泵FP定熵压缩后进入锅 炉（3-4），进行热力循环。
海南核电
压水堆核电厂常规岛的热力循环
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4-5-1：在蒸发器中定压加热、汽化； 1-2：进入汽轮机T中定熵膨胀作功；
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3-4：经给水泵FP定熵压缩后进入蒸 发器。
海南核电
循环效率 循环效率t表示每千克工质在循环中作的理想净功Wt与从锅炉（蒸发 器）吸收的热量Q0之比。
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海南核电
带中间再热系统的热力循环
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MLT
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热偏差法；
等效焓降法； 循环函数法等。
海南核电
热性能（TPI）曾经是世界核营运者协会（WANO）用来衡量核电站 管理业绩的性能指标之一，它反应了核电站管理者在提高电站热经 济性方面所做的努力。与热效率等技术指标不同的是，它是一个管 理指标。
海南核电
TPI定义 热性能指标定义为最佳可达毛热耗与实际毛热耗的修正平均值之比， 用百分数表示。
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即：
t
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100 %
海南核电
循环效率 对于常规电厂，为提高机组循环效率，可以简单采取如下措施： 提高蒸汽初参数；
降低蒸汽终参数。
但以上两种方式主要受到材料限制，因此电站一般采用给水回 热系统和中间再热系统来提高循环效率。
海南核电
带给水回热系统的热力循环
3#
α 2 h2 2#
α 1 h1 1#
补 水 11 5.9 t/h
海南核电
秦山二期常规岛热力系统图 汽轮机有7级抽汽；回热系统包括3级低压加热器、三级高压加热器 和一台除氧器。1、2级低加为三列并联连接的复合式加热器，第3级 低加为3A、3B并列运行。三级高加也是A、B两列加热器并列运行。 高低压加热器均为疏水逐级自流；再热系统包括两台并列运行的汽 水分离二级再热器；主给水泵为电动给水泵。
海南核电
常规电厂纯凝汽式汽轮机组的热力循环
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海南核电
压水堆核电厂常规岛的热力循环
最佳可达毛热耗BAHR
额定循环冷却水温度下，功率为100%时电站所能获得的最小或最佳 毛热耗，单位为kJ/kWh。
实际毛热耗的修正平均值AAHR
由月度中每周的正常在线设备试验中获得，单位为KJ/KWh。这个修 正平均值应将月度中的每周数据加以平均。
海南核电
TPI的意义与局限性 该指标的最大优点是即使海水温度或者功率水平不同，也可以互相 比较而反映机组运行情况的好坏，这点是机组的效率指标所不能反 映的。
海南核电
核电厂汽轮机的特点 新蒸汽参数在一定范围内变化； 新蒸汽参数低，且多用饱和蒸汽；
理想焓降小，容积流量大；
汽轮机中积聚的水分多，容易使汽轮机组产生超速。
海南核电
热力系统性能分析，常称为热经济性分析，其实质是在当前边界条 件下运行参数应达值已知的前提下，对各运行参数偏离其应达值对 热力系统的热力循环经济性指标影响的定量分析。 常用的热经济性分析方法有： 常规热平衡法；
因此，适用于火电厂的热经济指标和热力系统性能分析方法经过 有针对性的改进也可用于核电厂。
海南核电
理想蒸汽热力循环（朗肯循环）：
压水堆核电站常规岛与常规火电站的热力循环有一些不同之处，其 中一点就是主蒸汽参数不同，常规火电站为过热蒸汽，而压水堆核电站 主蒸汽为饱和蒸汽。所以两者的朗肯循环T—s（温—熵）图是不一样的。
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工质（水）在蒸发器SG中定压加热、 汽化（T-s图中4-5-1）后，进入汽轮 机T中定熵膨胀作功（1-2），做完功 的蒸汽排入凝汽器CD，定压凝结成 水，即循环的冷端损失（2-3），凝 结水经给水泵FP定熵压缩后进入蒸发 器（3-4），进行热力循环。
在一定程度上能够反映机组提高热效率的潜力，可以指导我们努力 使机组发挥最大的运行能力。
但TPI只能从总体上反映机组的运行情况，不能说明具体系统的性能。 即使热性能值很低，也无法单从该值判断是哪个环节的问题。若要 反映具体设备、系统的性能情况还必须使用其他的指标。
海南核电
请指正。 谢谢！