压水堆核电站汽轮机循环的热效率

压水堆核电站汽轮机循环的热效率

作者：Valery Ochkov (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/v_ochkov.htm)

引言

本应用程序计算压水堆核电站中汽轮机循环的热效率。

加压水从核反应堆（核电站一回路）流至蒸汽发生器，并将热量传递给二回路的沸水。饱和蒸汽从蒸汽发生器供应至汽轮机的高压缸。来自蒸汽发生器的新蒸汽的一部分进入过热器。在过热之前，来自高压缸的排汽在分离器中被部分干燥，分离出部分水分，然后绕过汽轮机的低压缸返回回路。

核电站的热力回路引入了一个化石燃料发电厂所没有的风险因素。在核电站中，如果将饱和蒸汽供给出口压力为5-4 kPa的汽轮机，则汽轮机末级的湿度将高得不可接受；这可能导致汽轮机故障。

水性质

开始

restart:

with(ThermophysicalData):

with(Units[Standard]):

水/蒸汽性质

作为压力和温度函数的水或蒸汽的比焓

wspTSP:=(P)→ Property(temperature,pressure=P,Q=1,water):

作为温度函数的饱和线上蒸汽的比焓

wspHSST:=(T)→Property(enthalpy,temperature=T,Q=1,water):

作为温度函数的饱和线上蒸汽的比熵

wspSSST:=(T)→Property(entropy,temperature=T,Q=1,water):

作为温度函数的饱和线上水的比焓

wspHSWT:=(T)→Property(enthalpy,temperature=T,Q=0,water):

作为压力函数的饱和线上水的比熵

wspSSWP:=(P)→Property(entropy,pressure=P,Q=0,water):

作为压力函数的饱和线上水的比焓

wspHSWP:=(P)→Property(enthalpy,pressure=P,Q=0,water):

作为压力和比焓函数的蒸汽干度

wspXSPH:=(P, H)→ Property(Q, pressure=P, enthalpy=H, water):

作为压力和温度函数的水或蒸汽的比焓

wspHPT:=(P,T)→Property(enthalpy,pressure=P,temperature=T,water):

作为压力和温度函数的水或蒸汽的比熵

wspSPT:=(P,T)→Property(entropy,pressure=P,temperature=T,water):

作为压力和温度函数的水或蒸汽的比容

wspXPS:=(P,S)→Property(Q,pressure=P,entropy=S,water):

作为温度和干度函数的水或蒸汽的比焓

wspHSTX:=(T,X)→Property(enthalpy,temperature=T,Q=X,water):

作为压力和比熵函数的水或蒸汽的温度

wspTPS:=(P,S)→Property(temperature, pressure=P,entropy=S,water):

作为压力和比熵函数的水或蒸汽的比焓

wspHPS:=(P,S)→Property(enthalpy,pressure=P,entropy=S,water):

作为压力和比焓函数的水或蒸汽的温度

wspTPH:=(P,H)→Property(temperature, pressure=P,enthalpy=H,water):

用于蒸汽膨胀和水压缩过程的函数

wspHEXPANSIONPPEFF:= proc( p0, p1, eff)
#作为初始点压力p0（饱和线）、终点压力p1和涡轮内效率eff的函数，蒸汽膨胀过程结束时蒸汽的比焓L

local t0, h0, s0, s1, t1, x1, h1;

t0:= wspTSP(p0):

h0:= wspHSST(t0):

s0:= wspSSST(t0):

s1:= s0:

t1:= wspTSP(p1):

x1:= wspXPS(p1,s1):

h1:= wspHSTX(t1,x1):

return h0-(h0-h1)·eff

end proc:

wspHEXPANSIONPTPEFF:= proc( p0, t0, p1, eff)

#作为初始点压力p0（饱和线）、终点压力p1和泵内效率eff的函数，压缩过程结束时水的比焓

local h0, s0, s1, t1, x1, h1;

h0:= wspHPT(p0, t0):

s0:= wspSPT(p0, t0):

s1:= s0:

t1:= wspTPS(p1, s1):

if Property(PhaseString, pressure=p1, entropy=s1, water)="twophase"

then

x1:= wspXPS(p1, s1): h1:= wspHSTX(t1, x1)

else

h1:= wspHPT(p1, t1)

end if:

return h0-(h0-h1)·eff

end proc:

wspHCOMPRESSIONPPEFF:= proc(p0, p1, eff)

#作为初始点压力p0（饱和线）、终点压力p1和泵内效率eff的函数，压缩过程结束时水的比焓

local h0, s0, s1, h1;

h0:= wspHSWP(p0):

s0:= wspSSWP(p0):

s1:= s0:

h1:= wspHPS(p1, s1):

return h0 + (h1 - h0)/eff

end proc:

wspHCOMPRESSIONPTPEFF:= proc( p0, t0, p1, eff)

#作为初始点压力p0、初始点温度t0、终点压力p1和泵内效率eff的函数，压缩过程结束时水的比焓

local h0, s0, s1, h1;

h0:= wspHPT(p0, t0):

s0:= wspSPT(p0, t0):

s1:= s0:

h1:= wspHPS(p1, s1):

return h0 + (h1 - h0)/eff

end proc:

输入数据

p_1 := 6.2 MPa: # 高压缸入口饱和蒸汽压力

p_2 := 0.5 MPa: # 分离器入口湿蒸汽压力

p_4 := 4 kPa: # 冷凝器压力

t_3 := 250 deg C: # 低压缸入口蒸汽温度

p_10 := (1+0.05)·p_1: # 给水压力

η_i_HPC := 0.89: # 高压缸内相对效率

η_i_LPC := 0.86: # 低压缸内效率

η_i_p := 0.75: # 泵内效率

计算

高压缸入口蒸汽参数

t_1 := wspTSP(p_1): t_1 - 273.15 K;

277.7 °C (4.1)

h_1 := wspHSST(t_1);

2782.37 kJ/kg (4.2)

来自过热器水的比焓

hw_1 := wspHSWT(t_1);

1225.06 kJ/kg (4.3)

分离器入口蒸汽参数

t_2 := wspTSP(p_2): t_2 - 273.15 K;

151.8 °C (4.4)

hw_2 := wspHSWT(t_2);

640.1 kJ/kg (4.5)

s_2 := s_1: # 假设等熵？

h_2 := wspHEXPANSIONPPEFF(p_1, p_2, η_i_HPC);

2394.01 kJ/kg (4.6)

x_2 := wspXSPH(p_2, h_2);

83.20 % (4.7)

低压缸入口参数

p_3 := p_2:

h_3 := wspHPT(p_3, t_3);

2961.04 kJ/kg (4.8)

蒸汽在低压缸中膨胀过程终点的参数

t_4 := wspTSP(p_4): t_4 - 273.15 K;

28.96 °C (4.9)

h_4 := wspHEXPANSIONPTPEFF(p_3, t_3, p_4, η_i_LPC);

2298.68 kJ/kg (4.10)

x_4 := wspXSPH(p_4, h_4);

89.52 % (4.11)

冷凝器出口参数

h_5 := wspHSWP(p_4);

121.39 kJ/kg (4.12)

分离器中的抽汽份额

alpha_SH := solve(h_1*alpha_SH + h_2 = (1 - x_2)*hw_2 + alpha_SH*hw_1 + x_2*h_3, alpha_SH);

p_5 := p_4:

冷凝泵1出口水的比焓

h_6 := wspHCOMPRESSIONPPEFF(p_5, p_2, η_i_p);

122.01 kJ/kg (4.14)

冷凝泵2入口水的比焓

h_7 := solve(x_2·h_5 + (1-x_2)·hw_2 = 1·h_7, h_7);

208.52 kJ/kg (4.15)

冷凝泵2入口水温度

t_7 := wspTPH(p_2, h_7): t_7 - 273.15 K;

49.70 °C (4.16)

冷凝泵2出口水的比焓

h_8 := wspHCOMPRESSIONPTPEFF(p_2, t_7, p_1, η_i_p);

215.72 kJ/kg (4.17)

冷凝泵2出口水温度

t_8 := wspTPH(p_1, h_8): t_8 - 273.15 K;

50.25 °C (4.18)

给水泵入口水的比焓

h_9 := solve(α_SH · hw_1 + 1 · h_8 = (1 + α_SH) · h_9, h_9);

318.81 kJ/kg (4.19)

给水泵入口水温度

t_9 := wspTPH(p_1, h_9): t_9 - 273.15 K;

74.95 °C (4.20)

给水的比焓

h_10 := wspHCOMPRESSIONPTPEFF(p_1, t_9, p_10, η_i_p);

319.21 kJ/kg (4.21)

泵的比功

w_p := x_2 · (h_6 - h_5) + 1 · (h_8 - h_7) + (1 + α_SH) · (h_10 - h_9);

8.160 kJ/kg (4.22)

高压缸的比功

w_HPC := 1 · (h_1 - h_2);

388.4 kJ/kg (4.23)

低压缸的比功

w_LPC := x_2 · (h_3 - h_4);

551.1 kJ/kg (4.24)

蒸汽发生器的比热

q_SG := (1 + α_SH) · (h_1 - h_7);

2866.7 kJ/kg (4.25)

结论

因此，热效率为

η_T := (w_HPC + w_LPC - w_p) / q_SG;

32.49 %

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