核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性受初參數(shù)變化影響分析

山東核電有限公司生產(chǎn)計劃部 許中鵬

核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性受初參數(shù)變化影響分析

山東核電有限公司生產(chǎn)計劃部 許中鵬

隨著核電機組的不斷投產(chǎn)，不同機組之間的競爭壓力越來越大，為了提高核電機組的競爭能力，核電機組的經(jīng)濟(jì)性能顯得越來越重要。本文首先介紹了核電汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)熱力計算的方法，并給出了簡化方法；其次指出核電汽輪機一、二回路的換熱形式是造成其初參數(shù)變化的主要原因；最后對核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性受初參數(shù)變化的影響進(jìn)行了分析，得出初參數(shù)的變化與核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性變化成線性的關(guān)系的結(jié)論。

初參數(shù)；核電汽輪機；熱經(jīng)濟(jì)性；計算方法

核電作為當(dāng)今一種高效的能源，其安全性一直受到人們的關(guān)注。對核電的安全利用，可以保證在對環(huán)境污染盡可能小的情況下，產(chǎn)生更多的電能。但是，人們過多關(guān)注核電安全性的同時，卻忽略了對核電經(jīng)濟(jì)性的研究。

熱經(jīng)濟(jì)性的提高可以降低生產(chǎn)成本，提高收益。對核電機組來講，降低生產(chǎn)成本可以使得機組更加有競爭力。汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性的高低對整個機組的熱經(jīng)濟(jì)性會產(chǎn)生十分重要的影響，因此分析影響汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性的因素具有重要的意義。

1 核電汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)熱力計算方法及其簡化

目前常用的回?zé)嵯到y(tǒng)熱力計算方法主要有三種：循環(huán)函數(shù)法、等效熱降法、熱平衡法。循環(huán)函數(shù)法即將整個回?zé)嵯到y(tǒng)劃分為主循環(huán)和輔循環(huán)構(gòu)成的多個循環(huán)。每個循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)經(jīng)過綜合可以組成一個實際回?zé)嵯到y(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。該計算方法汽輪機的凝汽份額需要根據(jù)不同循環(huán)的進(jìn)水系數(shù)來求解；等效熱降法的基本原理是能量守恒定律，通過對不同平衡等式的求解可以導(dǎo)出抽汽等效熱降并且同時得到各加熱器的抽汽效率；熱平衡法主要研究的是流量平衡和能量平衡兩個平衡，通過對平衡的求解可以得到不同經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計算公式。

本文重點介紹上述三種方法的簡化方法?；?zé)嵯到y(tǒng)熱力計算主要是對能量方程組進(jìn)行求解，步驟是首先簡化每一個方程組，將方程組中每個方程的未知量都轉(zhuǎn)換成相同的未知量，通過對其求解來得到其它的未知數(shù)值。此種方法，計算過程十分繁瑣，計算量巨大，如果過程中的一個參數(shù)算錯，就會導(dǎo)致剩下的計算全部錯誤。本文的簡化方法是用MATLAB對方程進(jìn)行求解，所用的方法為迭代法。其原理為將所求方程轉(zhuǎn)換為的形式。開始計算時，選擇一個跟X值近似的值作為初值帶入公示中進(jìn)行計算，并選取時的值作為方程的求解，其中e為所求解結(jié)果的精度。

2 影響核電汽輪機初參數(shù)變化的原因分析

核電汽輪機的初參數(shù)可以從蒸汽的壓力和溫度兩個方面來考慮，核電機組的蒸汽壓力和溫度是兩個相互關(guān)聯(lián)的量，因為核電機組所采用的進(jìn)汽為飽和蒸汽，壓力和溫度是同時變化的，所以對于上述兩個變量，只需要考慮一個就可以了。本文選取了蒸汽壓力這一變量，并以此作為研究對象。

核電汽輪機的換熱形式不同于常規(guī)的火電汽輪機的換熱形式。常規(guī)火電機組，蒸汽直接吸收煤燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，從而不斷提高自身的溫度和壓力。從安全性的角度考慮，核電機組蒸汽換熱需要經(jīng)過兩個回路，第一個回路介質(zhì)直接吸收核反應(yīng)堆所釋放的能量，從而提高自身的溫度，然后第二個回路和第一個回路進(jìn)行熱交換，第二回路中所使用的介質(zhì)一般為蒸汽。由此可見核電汽輪機的蒸汽參數(shù)的變化主要是受到一回路中換熱介質(zhì)參數(shù)的影響。另外，一回路和二回路之間換熱需要經(jīng)過一層管壁，所以當(dāng)管壁出現(xiàn)結(jié)垢情況后，也會直接影響兩個回路之間的換熱。

初參數(shù)變化，偏離額定值都會對機組的安全、經(jīng)濟(jì)性運行造成一定的影響。當(dāng)蒸汽的溫度升高時，蒸汽的壓力也隨之增大，汽輪機最末級排汽壓力也隨之增高，排汽焓隨之增大，會對末級葉片造成損傷；同理當(dāng)蒸汽的溫度降低時，蒸汽的壓力也隨之減小，會對汽輪機的做功能力造成影響。

3 核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性受初參數(shù)變化的影響分析

核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性受初參數(shù)變化的影響可以從以下幾個方面考慮：核電汽輪機理想內(nèi)功率受蒸汽壓力變化的影響；核電汽輪機理想循環(huán)熱效率受蒸汽壓力變化的影響；核電汽輪機相對內(nèi)效率受蒸汽壓力變化的影響，核電汽輪機熱耗率受蒸汽壓力變化的影響。

為了簡化計算，本文重點研究核電汽輪機理想循環(huán)熱效率受蒸汽壓力變化的影響。汽輪機的理想循環(huán)熱效率的表達(dá)式為汽輪機的理想內(nèi)功率Pt除以吸熱量Q0而得到的值，所以可以將核電汽輪機的理想循環(huán)熱效率用下式進(jìn)行表示：

式中：ΔHth和ΔHtl分別表示為核電汽輪機的高壓缸和低壓缸的理想焓降，單位是KJ/kg；α2，rht表示為二級再熱器加熱蒸汽的份額，單位是KJ/kg；hfw表示為蒸汽發(fā)生器的給水焓值，單位是KJ/kg；

求解過程可以不考慮A的影響，簡化后的核電汽輪機的理想循環(huán)熱效率可以用公式（2）進(jìn)行表示：

通過對公式（2）進(jìn)行求解，可以得到核電汽輪機當(dāng)蒸汽壓力變化后，理想循環(huán)熱效率的變化情況。

本文選取某990MW的核電汽輪機作為研究對象進(jìn)行計算。選取的汽輪機的額定參數(shù)為主蒸汽溫度和壓力分別是283℃和6.64Mpa；再熱蒸汽的溫度和壓力分別是266℃和0.75Mpa。通過公式（2）進(jìn)行求解。將核電汽輪機主蒸汽的壓力的變化值選取為0.05Mpa，即每隔0.05Mpa選取一個壓力值，并求解其所對應(yīng)的理想循環(huán)熱效率的變化率。為了方便讀取，將所求得的數(shù)據(jù)通過圖表來表示出來，所得結(jié)果如圖（1）所示。

圖1 理想循環(huán)熱效率隨蒸汽壓力的變化趨勢

從圖中可以看出隨著壓力的變化和理想循環(huán)熱效率變化率之間是線性的關(guān)系，且隨著蒸汽壓力變化量的增加，理想循環(huán)熱效率的變化率也隨著增大；隨著蒸汽壓力變化量的減小，理想循環(huán)熱效率的變化率也隨之減小。

4 結(jié)論

本文主要研究了核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性變化與初參數(shù)變化之間的關(guān)系，首先在原有計算方法的基礎(chǔ)上給出了應(yīng)用MATLAB求解的簡便算法，并以此算法為模型，選取990MW核電機組進(jìn)行計算。通過計算得出初參數(shù)的變化與核電汽輪機熱經(jīng)濟(jì)性變化成線性的關(guān)系的結(jié)論。

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許中鵬（1981—），男，甘肅武威人，工程碩士，主要從事核電生產(chǎn)準(zhǔn)備管理，生產(chǎn)準(zhǔn)備計劃及管控方面的工作。