核电汽轮机热经济性受初参数变化影响分析

山东核电有限公司生产计划部 许中鹏

核电汽轮机热经济性受初参数变化影响分析

山东核电有限公司生产计划部 许中鹏

随着核电机组的不断投产，不同机组之间的竞争压力越来越大，为了提高核电机组的竞争能力，核电机组的经济性能显得越来越重要。本文首先介绍了核电汽轮机回热系统热力计算的方法，并给出了简化方法；其次指出核电汽轮机一、二回路的换热形式是造成其初参数变化的主要原因；最后对核电汽轮机热经济性受初参数变化的影响进行了分析，得出初参数的变化与核电汽轮机热经济性变化成线性的关系的结论。

初参数；核电汽轮机；热经济性；计算方法

核电作为当今一种高效的能源，其安全性一直受到人们的关注。对核电的安全利用，可以保证在对环境污染尽可能小的情况下，产生更多的电能。但是，人们过多关注核电安全性的同时，却忽略了对核电经济性的研究。

热经济性的提高可以降低生产成本，提高收益。对核电机组来讲，降低生产成本可以使得机组更加有竞争力。汽轮机热经济性的高低对整个机组的热经济性会产生十分重要的影响，因此分析影响汽轮机热经济性的因素具有重要的意义。

1 核电汽轮机回热系统热力计算方法及其简化

目前常用的回热系统热力计算方法主要有三种：循环函数法、等效热降法、热平衡法。循环函数法即将整个回热系统划分为主循环和辅循环构成的多个循环。每个循环的热经济性指标经过综合可以组成一个实际回热系统的热经济性指标。该计算方法汽轮机的凝汽份额需要根据不同循环的进水系数来求解；等效热降法的基本原理是能量守恒定律，通过对不同平衡等式的求解可以导出抽汽等效热降并且同时得到各加热器的抽汽效率；热平衡法主要研究的是流量平衡和能量平衡两个平衡，通过对平衡的求解可以得到不同经济性指标的计算公式。

本文重点介绍上述三种方法的简化方法。回热系统热力计算主要是对能量方程组进行求解，步骤是首先简化每一个方程组，将方程组中每个方程的未知量都转换成相同的未知量，通过对其求解来得到其它的未知数值。此种方法，计算过程十分繁琐，计算量巨大，如果过程中的一个参数算错，就会导致剩下的计算全部错误。本文的简化方法是用MATLAB对方程进行求解，所用的方法为迭代法。其原理为将所求方程转换为的形式。开始计算时，选择一个跟X值近似的值作为初值带入公示中进行计算，并选取时的值作为方程的求解，其中e为所求解结果的精度。

2 影响核电汽轮机初参数变化的原因分析

核电汽轮机的初参数可以从蒸汽的压力和温度两个方面来考虑，核电机组的蒸汽压力和温度是两个相互关联的量，因为核电机组所采用的进汽为饱和蒸汽，压力和温度是同时变化的，所以对于上述两个变量，只需要考虑一个就可以了。本文选取了蒸汽压力这一变量，并以此作为研究对象。

核电汽轮机的换热形式不同于常规的火电汽轮机的换热形式。常规火电机组，蒸汽直接吸收煤燃料燃烧所产生的热量，从而不断提高自身的温度和压力。从安全性的角度考虑，核电机组蒸汽换热需要经过两个回路，第一个回路介质直接吸收核反应堆所释放的能量，从而提高自身的温度，然后第二个回路和第一个回路进行热交换，第二回路中所使用的介质一般为蒸汽。由此可见核电汽轮机的蒸汽参数的变化主要是受到一回路中换热介质参数的影响。另外，一回路和二回路之间换热需要经过一层管壁，所以当管壁出现结垢情况后，也会直接影响两个回路之间的换热。

初参数变化，偏离额定值都会对机组的安全、经济性运行造成一定的影响。当蒸汽的温度升高时，蒸汽的压力也随之增大，汽轮机最末级排汽压力也随之增高，排汽焓随之增大，会对末级叶片造成损伤；同理当蒸汽的温度降低时，蒸汽的压力也随之减小，会对汽轮机的做功能力造成影响。

3 核电汽轮机热经济性受初参数变化的影响分析

核电汽轮机热经济性受初参数变化的影响可以从以下几个方面考虑：核电汽轮机理想内功率受蒸汽压力变化的影响；核电汽轮机理想循环热效率受蒸汽压力变化的影响；核电汽轮机相对内效率受蒸汽压力变化的影响，核电汽轮机热耗率受蒸汽压力变化的影响。

为了简化计算，本文重点研究核电汽轮机理想循环热效率受蒸汽压力变化的影响。汽轮机的理想循环热效率的表达式为汽轮机的理想内功率Pt除以吸热量Q0而得到的值，所以可以将核电汽轮机的理想循环热效率用下式进行表示：

式中：ΔHth和ΔHtl分别表示为核电汽轮机的高压缸和低压缸的理想焓降，单位是KJ/kg；α2，rht表示为二级再热器加热蒸汽的份额，单位是KJ/kg；hfw表示为蒸汽发生器的给水焓值，单位是KJ/kg；

求解过程可以不考虑A的影响，简化后的核电汽轮机的理想循环热效率可以用公式（2）进行表示：

通过对公式（2）进行求解，可以得到核电汽轮机当蒸汽压力变化后，理想循环热效率的变化情况。

本文选取某990MW的核电汽轮机作为研究对象进行计算。选取的汽轮机的额定参数为主蒸汽温度和压力分别是283℃和6.64Mpa；再热蒸汽的温度和压力分别是266℃和0.75Mpa。通过公式（2）进行求解。将核电汽轮机主蒸汽的压力的变化值选取为0.05Mpa，即每隔0.05Mpa选取一个压力值，并求解其所对应的理想循环热效率的变化率。为了方便读取，将所求得的数据通过图表来表示出来，所得结果如图（1）所示。

图1 理想循环热效率随蒸汽压力的变化趋势

从图中可以看出随着压力的变化和理想循环热效率变化率之间是线性的关系，且随着蒸汽压力变化量的增加，理想循环热效率的变化率也随着增大；随着蒸汽压力变化量的减小，理想循环热效率的变化率也随之减小。

4 结论

本文主要研究了核电汽轮机热经济性变化与初参数变化之间的关系，首先在原有计算方法的基础上给出了应用MATLAB求解的简便算法，并以此算法为模型，选取990MW核电机组进行计算。通过计算得出初参数的变化与核电汽轮机热经济性变化成线性的关系的结论。

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许中鹏（1981—），男，甘肃武威人，工程硕士，主要从事核电生产准备管理，生产准备计划及管控方面的工作。