核電汽輪機熱經濟性受初參數變化影響分析

山東核電有限公司生產計劃部 許中鵬

核電汽輪機熱經濟性受初參數變化影響分析

山東核電有限公司生產計劃部 許中鵬

隨著核電機組的不斷投產，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，核電機組的經濟性能顯得越來越重要。本文首先介紹了核電汽輪機回熱系統熱力計算的方法，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變化的主要原因；最后對核電汽輪機熱經濟性受初參數變化的影響進行了分析，得出初參數的變化與核電汽輪機熱經濟性變化成線性的關系的結論。

初參數；核電汽輪機；熱經濟性；計算方法

核電作為當今一種高效的能源，其安全性一直受到人們的關注。對核電的安全利用，可以保證在對環境污染盡可能小的情況下，產生更多的電能。但是，人們過多關注核電安全性的同時，卻忽略了對核電經濟性的研究。

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

1 核電汽輪機回熱系統熱力計算方法及其簡化

目前常用的回熱系統熱力計算方法主要有三種：循環函數法、等效熱降法、熱平衡法。循環函數法即將整個回熱系統劃分為主循環和輔循環構成的多個循環。每個循環的熱經濟性指標經過綜合可以組成一個實際回熱系統的熱經濟性指標。該計算方法汽輪機的凝汽份額需要根據不同循環的進水系數來求解；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濟性指標的計算公式。

本文重點介紹上述三種方法的簡化方法。回熱系統熱力計算主要是對能量方程組進行求解，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換成相同的未知量，通過對其求解來得到其它的未知數值。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算錯，就會導致剩下的計算全部錯誤。本文的簡化方法是用MATLAB對方程進行求解，所用的方法為迭代法。其原理為將所求方程轉換為的形式。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行計算，并選取時的值作為方程的求解，其中e為所求解結果的精度。

2 影響核電汽輪機初參數變化的原因分析

核電汽輪機的初參數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聯的量，因為核電機組所采用的進汽為飽和蒸汽，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的火電汽輪機的換熱形式。常規火電機組，蒸汽直接吸收煤燃料燃燒所產生的熱量，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過兩個回路，第一個回路介質直接吸收核反應堆所釋放的能量，從而提高自身的溫度，然后第二個回路和第一個回路進行熱交換，第二回路中所使用的介質一般為蒸汽。由此可見核電汽輪機的蒸汽參數的變化主要是受到一回路中換熱介質參數的影響。另外，一回路和二回路之間換熱需要經過一層管壁，所以當管壁出現結垢情況后，也會直接影響兩個回路之間的換熱。

初參數變化，偏離額定值都會對機組的安全、經濟性運行造成一定的影響。當蒸汽的溫度升高時，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 核電汽輪機熱經濟性受初參數變化的影響分析

核電汽輪機熱經濟性受初參數變化的影響可以從以下幾個方面考慮：核電汽輪機理想內功率受蒸汽壓力變化的影響；核電汽輪機理想循環熱效率受蒸汽壓力變化的影響；核電汽輪機相對內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熱效率受蒸汽壓力變化的影響。汽輪機的理想循環熱效率的表達式為汽輪機的理想內功率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熱效率用下式進行表示：

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熱效率可以用公式（2）進行表示：

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

本文選取某990MW的核電汽輪機作為研究對象進行計算。選取的汽輪機的額定參數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，并求解其所對應的理想循環熱效率的變化率。為了方便讀取，將所求得的數據通過圖表來表示出來，所得結果如圖（1）所示。

圖1 理想循環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熱效率變化率之間是線性的關系，且隨著蒸汽壓力變化量的增加，理想循環熱效率的變化率也隨著增大；隨著蒸汽壓力變化量的減小，理想循環熱效率的變化率也隨之減小。

4 結論

本文主要研究了核電汽輪機熱經濟性變化與初參數變化之間的關系，首先在原有計算方法的基礎上給出了應用MATLAB求解的簡便算法，并以此算法為模型，選取990MW核電機組進行計算。通過計算得出初參數的變化與核電汽輪機熱經濟性變化成線性的關系的結論。

[1]宏博,王小寧,胡勁松等.全、半轉速核電汽輪機的比較[J].東方電氣評論,2006,20(2):58-63.

[2]李運澤,嚴俊杰,林萬超等.壓水堆核電機組二回路熱力系統的等效熱降理論研究[J].汽輪機技術,2000,41(1):31-35.

[3]李建剛,李麗萍.壓水堆核電機組二回路熱力系統汽水流量分配計算的研究[J].汽輪機技術,2004,46(2):94-97.

[4]蔡杰進,馬曉茜,廖艷芬.主蒸汽參數耗差分析方法的比較研究[J].汽輪機技術,2006,48(1):31-33.

[5]李維特,黃保海.汽輪機變工況熱力計算[M].北京:中國電力出版社,2000:102-147.

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