基于核電廠熱力系統(tǒng)（火用）分析

姜鵬

（中國核電工程有限公司河北分公司 050000）

摘 要：我國的經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展，核電廠也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。核電廠以提供電力作為基本目標(biāo)，隨著社會生產(chǎn)生活用電需求的不斷膨脹，核電廠的裝機規(guī)模也越來越大，為提高核電廠能源利用效率 ， 本文將具體探討核電廠熱力系統(tǒng)（火用）的問題，希望能為相關(guān)人士提供一些參考。

關(guān)鍵詞：核電廠；熱力系統(tǒng)；分析

引言：進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的市場經(jīng)濟(jì)持續(xù)繁榮，社會生產(chǎn)生活的用電量持續(xù)增加。近幾年來，我國的核電廠不斷發(fā)展，核電機組的數(shù)量越來越多，裝機容量在電力系統(tǒng)中的比重不斷上升。值得注意的是，在核電廠發(fā)展的同時，也出現(xiàn)了能源浪費問題，與可持續(xù)發(fā)展理念相悖。為了實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，必須對核電機組的能量損失進(jìn)行分析。

1核電廠熱力系統(tǒng)（火用）概述

1.1內(nèi)涵

核電廠熱力系統(tǒng)在運行的過程中會產(chǎn)生大量的能量，以物理學(xué)的角度來看，核電廠熱力系統(tǒng)的能量包括兩種屬性，一種是質(zhì)的屬性，一種是量的屬性，而核電廠熱力系統(tǒng)（火用）就體現(xiàn)了質(zhì)和量的結(jié)合[1]。

（火用）與外界環(huán)境密切相關(guān)，想要把握（火用）的內(nèi)涵，需要對外界環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)分析。核電廠的熱力系統(tǒng)在運行時，外界環(huán)境保持在平衡狀態(tài)下，而系統(tǒng)環(huán)境就是（火用）的外界環(huán)境。以熱力學(xué)的角度對（火用）進(jìn)行定義，需要以核電廠熱力系統(tǒng)環(huán)境作為基準(zhǔn)。熱力系統(tǒng)運行時會釋放能量，可以轉(zhuǎn)換為有用功的能量，就叫做（火用），不能轉(zhuǎn)換為有用功的能量，就叫做（火無）。（火無）的定義和（火用）存在較大區(qū)別，二者的結(jié)構(gòu)組成相似，但作用職能卻完全不同。從整體上來看，核電廠熱力系統(tǒng)的能量就是由（火用）和（火無）組成的。

1.2類型

熱力系統(tǒng)處在不同的運行狀態(tài)時，其所釋放的能量不同，（火用）的類型也呈現(xiàn)處較大差異。具體來說，（火用）包括以下幾種類型：第一種是機械（火用），機械能量可以全部轉(zhuǎn)化為有用功，從這個角度來看，機械能就是（火用）；第二種是熱量（火用），熱力系統(tǒng)釋放的能量和外界溫度密切相關(guān)，當(dāng)熱力系統(tǒng)的溫度高于外界溫度時，會自動釋放熱量，這些熱量轉(zhuǎn)換成為有用功的部分，就叫做熱量（火用）；第三種是冷量（火用），當(dāng)熱力系統(tǒng)低于外界溫度時，也會釋放熱量，這些熱量轉(zhuǎn)換成為有用功的部門，就叫做冷量（火用）；第四種是內(nèi)能（火用），在熱力系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定狀態(tài)的過程中會進(jìn)行熱交換，熱交換產(chǎn)生能量的有用功，便是內(nèi)能（火用）[2]。

1.3分析方法

在對（火用）進(jìn)行分析時，可以采用熱力學(xué)的相關(guān)知識，對（火用）的數(shù)質(zhì)進(jìn)行科學(xué)評價。（火用）的分析內(nèi)容包括以下幾項：第一是有用功的損失，第二是有用功的轉(zhuǎn)換效率，第三是有用功損失的系數(shù)。根據(jù)上述分析內(nèi)容，可以找出核電廠熱力系統(tǒng)能量損失的原因，提高熱力系統(tǒng)的運行效率。

為了提高（火用）的分析效率，經(jīng)常要把熱力系統(tǒng)劃分出不同的結(jié)構(gòu)單元，根據(jù)有用功和無用功的相互關(guān)系，列出（火用）的數(shù)學(xué)方程式，并通過代入具體參數(shù)來計算有用功的損失、有用功的轉(zhuǎn)換效率和有用功損失的系數(shù)。（火用）的分析方法又稱單元分析法，在應(yīng)用單元分析法時，應(yīng)該把核電廠熱力系統(tǒng)分成不同的結(jié)構(gòu)單元，對不同單元的（火用）進(jìn)行分析，同時繪制（火用）的變化圖表，構(gòu)建（火用）的分析模型。

2核電廠熱力系統(tǒng)（火用）的計算

2.1一回路計算

首先，在對核電廠熱力系統(tǒng)（火用）進(jìn)行計算的過程中，應(yīng)該建立一回路計算模型。從整體上來看，核電廠熱力系統(tǒng)是由兩個部分組成的，分別是一回路結(jié)構(gòu)和二回路結(jié)構(gòu)。兩個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成要素不同，前者包括核反應(yīng)堆、冷卻泵、蒸汽機等，而后者包括凝汽器、分離機等等。根據(jù)各個組成要素，可以構(gòu)建一回路的（火用）平衡方程。一回路在工作過程中會應(yīng)用大量的回?zé)峒訜嵩O(shè)備，反應(yīng)堆產(chǎn)生熱量，冷卻泵進(jìn)行冷凝，把熱量轉(zhuǎn)換成水分，水分在蒸汽機的作用下生成能量，返還到反應(yīng)堆之中，可以實現(xiàn)一回路運作的循環(huán)往復(fù)。在構(gòu)建一回路（火用）計算模型時，應(yīng)該做到以下幾點：第一，應(yīng)該對反應(yīng)堆釋放的熱量和蒸汽機傳遞的熱量進(jìn)行計算。第二，應(yīng)該模擬蒸汽機的工作流程，對能量損失進(jìn)行測算。在以上述計算結(jié)果為依據(jù)建構(gòu)模型之后，可以代入具體的一回路系統(tǒng)運作實例，得出其中的熱工參數(shù)[3]。

2.2二回路計算

其次，在對核電廠熱力系統(tǒng)（火用）進(jìn)行計算的過程中，應(yīng)該建立二回路計算模型。將一回路和二回路進(jìn)行對比分析，可以發(fā)現(xiàn)二回路的結(jié)構(gòu)組成較一回路更加豐富。在二回路中，回?zé)峒訜崞魇亲钪匾慕M成部分。應(yīng)用回?zé)峒訜崞?，可以提高蒸汽效率，減少能量損失。二回路系統(tǒng)在工作過程中需要推動汽輪機做功，應(yīng)用高壓氣缸排除汽輪機中多余的蒸汽，然后把蒸汽固定在氣缸之中形成水分。氣缸之中的水分會流入到除氧器之中，當(dāng)氧氣去除之后，水分再次轉(zhuǎn)換為蒸汽的形式，對其進(jìn)行加熱可以繼續(xù)提供能量支持。在構(gòu)建二回路（火用）計算模型時，應(yīng)該做到以下幾點：第一，應(yīng)該計算分離器的疏水系數(shù)。第二，應(yīng)該計算回?zé)峒訜崞鞯谋龋ɑ鹩茫┙?。第三，?yīng)該計算氣缸的軸封漏氣量。在以上述計算結(jié)果為依據(jù)建構(gòu)模型之后，可以代入具體的二回路系統(tǒng)運作實例，得到（火用）平衡方程。

3回?zé)嵩贌嵯到y(tǒng)對核電廠熱力系統(tǒng)（火用）的影響

3.1回?zé)峒訜崞鞫瞬畹挠绊?/p>

首先，回?zé)峒訜崞鞫瞬顣穗姀S熱力系統(tǒng)（火用）產(chǎn)生影響。以熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，對回?zé)峒訜崞鞯男阅苓M(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)回?zé)峒訜崞鞫瞬顣绊懞穗姀S熱力系統(tǒng)（火用）的汽水流量、熱量轉(zhuǎn)換、疏水參數(shù)等。在端差出現(xiàn)變化時，純（火用）量并不會發(fā)生明顯變化，但是汽輪機功率、進(jìn)出口蒸汽的流量會出現(xiàn)相應(yīng)變化。

3.2回?zé)峒訜崞鞒槠麎簱p的影響

其次，回?zé)峒訜崞鞒槠麎簱p會對核電廠熱力系統(tǒng)（火用）產(chǎn)生影響。當(dāng)回?zé)峒訜岬某槠麎簱p出現(xiàn)變化，除氧器的輸水率發(fā)生變化，二回路系統(tǒng)的水溫也會改變。對疏水溫度進(jìn)行求導(dǎo)，可以計算出有用功轉(zhuǎn)換的（火用）量，當(dāng)加熱器抽汽壓損值上升，蒸汽吸收的熱量也會增加[4]。

3.3回?zé)峒訜崞鲹p失的影響

再次，回?zé)峒訜崞鲹p失會對核電廠熱力系統(tǒng)（火用）產(chǎn)生影響。應(yīng)用小擾動理論進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)回?zé)峒訜崞髟谶\行過程中也會出現(xiàn)能量損失。二回路系統(tǒng)中的汽水分配規(guī)律相對固定，各級加熱器的（火用）損分布變化量不會輕易發(fā)生變化。當(dāng)回?zé)峒訜崞鞯臒崃繐p失進(jìn)一步擴大，機組的經(jīng)濟(jì)性會受到不利影響。

結(jié)論：基于火用分析對核電廠熱力系統(tǒng)分析特別是回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的分析，揭示了核電廠功能轉(zhuǎn)化規(guī)律，為核電廠節(jié)能工作提供報考。

參考文獻(xiàn)：

[1]艾譯文.國內(nèi)外太陽能熱力系統(tǒng)（火用分析）現(xiàn)狀和展望[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，（17）：77-78.

[2]劉志清，撒衛(wèi)華，紀(jì)國梁.對幾種熱力系統(tǒng)的熱效率與（火用）效率的分析[J].機電信息，2014，（34）：88-93.

[3]易汝楊.高效超超臨界燃煤發(fā)電機組熱力系統(tǒng)的（火用）與泛（火用）分析[D].中南大學(xué)，2014.

[4]王世勇，徐喬，胡友情，徐大懋.核電廠汽輪機熱力系統(tǒng)分析與評審[J].熱力透平，2014，（01）：63-67.endprint