什么是锅炉和冷凝器压力 - 朗肯循环 - 定义

锅炉和冷凝器压力。随着平均蒸汽压力的增加和/或冷凝器压力降低,蒸汽轮机的热效率趋于增加。优德app热工程学

热效率改进 - 朗肯循环

有几种方法,如何能够改善朗肯循环的热效率。假设最大温度受反应器压力容器内部的压力限制,这些方法是:

锅炉和冷凝器压力
如在克诺奥托布雷顿周期,热效率随着通过传热添加能量的平均温度而增加和/或能量被拒绝的平均温度降低。w88优德备用网址 微博这是所有热力学循环的共同特征。

冷凝器压力

朗肯循环 - 冷凝器压力
减小涡轮机排气压力增加每周期的净工作,但也降低了出口蒸汽的蒸汽质量。

能量被拒绝的平均温度降低的情况,需要在内部的压力下降冷凝器的减少饱和温度)。最低可行冷凝器压力是与环境温度相对应的饱和压力(即绝对压力)0.008 mpa,这对应于41.5°C)。保持最低实际涡轮机排气压力的目标是包括热电厂中的冷凝器的主要原因。冷凝器提供真空,使得从蒸汽中提取的能量最大化,导致净工作和热效率显着增加。但此参数(冷凝器压力)还具有其工程限制:

  • 减小涡轮排气压力降低蒸汽质量(或干燥级分)。在某些时候,必须结束扩张,以避免可能对汽轮机叶片造成的损害低质量的蒸汽
  • 减小涡轮机排气压力显着增加了蒸汽的特定体积,这需要蒸汽轮机的低压级的最后行中的巨大叶片。

在典型的湿汽轮机中,冷凝器中的排气蒸汽冷凝,其压力良好低于大气压(绝对压力0.008 mpa,这对应于41.5°C)。该蒸汽处于部分冷凝状态(点F),通常在90%附近的质量。注意,在(左右ΔT= 14°C)之间的温度差异始终存在冷凝器温度和环境温度之间,这些温度源于电容器的有限尺寸和效率。

冷凝涡轮机冷凝器中的典型参数
冷凝涡轮机冷凝器中的典型参数

锅炉压力

朗肯循环 - 锅炉压力
锅炉压力的增加是由反应器压力容器的材料限制。

通过传热加入能量的平均温度增加的情况,需要过热蒸汽产生或增加锅炉(蒸汽发生器)中的压力。w88优德备用网址 微博过热不是核电厂的典型。

通常大多数核电厂操作多级冷凝汽轮机。在这些涡轮机中,高压级接收蒸汽(这种蒸汽几乎是饱和的蒸汽 - x = 0.995-点C;6 MPa.;275.6°C)。由于蒸汽发生器均为100%效率,因此饱和温度(次级侧)与主要冷却剂的温度之间总是存在温差。

蒸汽发生器 - 逆流换热器
典型PWR蒸汽发生器中的温度梯度。

在典型的加压水反应器中,热原子冷却剂(水330°C;626°F)被泵入蒸汽发生器通过初级入口。这需要保持非常高的压力以使水保持在液态状态。为了防止初级冷却剂的沸腾并提供过冷余量(压力机温度与反应器核心的最高温度之间的差异),为PWRS典型约16MPa的压力反应堆压力容器是关键部件,它限制了每个核电站的热效率,因为电抗器容器必须承受高压。

PWR凝结涡轮机入口处的典型参数。
PWR凝结涡轮机入口处的典型参数。
过热和再加热
过热 - 蒸汽 - 分钟至于钟状循环,热效率随着平均温度的增加,热量传递所增加的能量趋于增加。w88优德备用网址 微博这是所有热力学循环的共同特征。

可能的方式之一是过热重新加热工作蒸汽。这两个过程在方式上非常相似:

  • 过热器- 提高饱和温度高于饱和温度的蒸汽温度
  • 再热- 拆除水分并在部分膨胀后提高蒸汽温度。

过热的过程是唯一的方法增加峰值温度在不增加锅炉压力的情况下,朗肯循环(并提高效率)。这需要添加另一种称为a的热交换器过热器,它产生了过热蒸汽

朗肯循环 - 超热 - 过热器
高压级过热度的朗肯循环。这要求蒸汽发生器的温度更高。

过热蒸气过热蒸汽是温度的蒸气高于沸点在测量温度的绝对压强下。

重新加热允许在接近循环峰的温度下提供更多的热量。这需要添加另一种称为a的热交换器再热。再热器的使用包括分裂涡轮,即使用多级涡轮与再热器。据观察,两级以上的再加热是不必要的,因为下一级的循环效率仅为前一级的一半。

涡轮机的高压和低压阶段通常在同一轴上驱动普通发电机,但它们具有单独的情况。与A.再热,流程是在a之后提取的部分扩展(点D),回运行通过热交换器将其加热到峰值温度(点E),然后传递给低压涡轮。然后在低压涡轮中完成从E点到F点的膨胀。

朗肯循环 - 再热 - 超热
兰宁循环重新加热和过热低压阶段

过热器,在固定压力下进一步加热导致温度和特定体积的增加。在T-S图中,在状态E和饱和蒸汽曲线之间的图中提供了T-S图中的水蒸气的过热过程。也可以看出,也可以看出湿汽轮机(例如,用于核电厂)使用过热蒸汽特别是在低压阶段的入口处。通常大多数核电厂操作多级冷凝湿汽轮机(高压阶段在饱和蒸汽上运行)。在这些涡轮机中,高压台接收蒸汽(该蒸汽在图中的蒸汽 - x = 0.995-点C)从蒸汽发生器排气到水分分离器再热器(点D)。蒸汽必须是重新加热或过热为了避免通过低质量蒸汽对蒸汽轮机叶片造成的损害。高含量的水滴可以引起叶片的快速冲击和侵蚀,当冷凝水被喷射到叶片上时发生的叶片发生。为防止这种情况,冷凝水泵安装在通向涡轮机的蒸汽管道中。再热器加热蒸汽(点D),然后将蒸汽指向蒸汽涡轮机的低压级,其中膨胀(点E至F)。排出的蒸汽处于低于大气压的压力,从图片中可以看出,蒸汽处于部分冷凝状态(点F),通常具有近90%的质量,但蒸气质量较高得多,而不是没有重新加热。因此,过热也倾向于缓解涡轮机排气时的低蒸汽质量的问题。

由于初级冷却剂的温度受反应器内部的压力的限制,因此在核电厂不使用过井(水分分离器再热器除外),并且它们通常是单个湿汽轮机操作。

热再生
通过减少汽轮机发电厂的热效率的显着增加可以通过减少来实现燃料量必须在锅炉中添加。这可以通过将热(部分膨胀的蒸汽)从蒸汽轮机的某些部分转移到蒸汽涡轮机的某些部分来完成,该汽轮机通常远高于环境温度,进给给水。这个过程被称为热再生和各种各样的热再生器可用于此目的。有时工程师使用该术语节热器这是旨在减少能量消耗的热交换器,特别是在预热流体

可以在文章中看到“蒸汽发生器“,蒸汽发生器的入口处的给水(次级电路)可能具有约〜230°C(446°F)然后被加热到液体的沸点(280°C;536°F;6、5 mpa)蒸发。但冷凝器出口处的冷凝物可能具有约40°C.,所以典型PWR的热再生很重要,非常重要:

  • 热再生增加了热效率,因为进入循环中的更多的热流发生在较高温度下。
  • 热再生导致通过蒸汽轮机的低压级降低质量流量,从而提高LP等熵涡轮机效率。请注意,在扩展的最后阶段,蒸汽具有非常高的特定体积。
  • 热再生导致工作蒸汽质量的增加,因为排水管位于涡轮机壳体的周边,在那里较高浓度的水滴。

再生与热量的再生

一般来说,换热器用于再生可分为两种蓄热室换热器

  • 再生器是一种热交换器,其中来自热流体的热在将热储存介质中间歇地存储在冷流体之前。它具有单个流动路径,其中热和冷流体交替通过。
  • 恢复剂是一种热交换器吗单独的流动路径对于沿着它们自身的通道和热量的每个流体通过分离壁传递。恢复器(例如,经济学者)通常用于电力工程,以提高热力学循环的整体效率。例如,在燃气轮机发动机中。恢复器将废气中的一些废热转移到压缩空气中,从而在进入燃烧室之前将其预热。许多恢复器都设计为反流换热器。
超临界牛排循环
朗肯循环 - 超临界周期
超临界牛排循环

如讨论的那样,通过进入涡轮机的蒸汽的温度的增加,可以改善热效率。但这种温度受到材料和设计的冶金限制的限制反应堆压力容器和主要管道。反应堆容器和主管道必须能承受高温下的高压和巨大压力。但目前,改进的材料和制造方法已经允许最大压力显著增加,热效率相应提高。火电厂目前的设计是在超临界牛排循环(即蒸汽压力超过临界水压22.1 MPa和涡轮机入口温度超过600°C)。超临界化石燃油电厂,运营超临界压力,有效率43%。最有效,也是非常复杂的燃煤发电厂“超批判”压力(即大约30 MPa)并使用多阶段重新加热范围48%效率。

超临界水反应堆 - SCWR

SCWR的特征
SCWR中冷却剂的典型特性。

超临界牛排循环也是超临界水反应器的热力学循环。这超临界水反应器(SCWR)是第四代反应堆的概念,是在超临界压力(即大于22.1 MPa)。在该上下文中的术语超临界指的是热力学临界水点(T.CR.= 374°C;P.CR.= 22.1 mpa),不能与之混淆反应堆核心的临界性,描述了更改的中子数反应堆核心

为了SCWRS.一种一旦通过蒸汽循环已经设想,省略了反应器内的任何冷却剂再循环。它类似于沸水反应堆蒸汽将直接向蒸汽轮机提供,并从蒸汽循环供给水将被提供回芯。

以及超临界水反应堆可以使用轻水重水作为中子主持人。可以看出,有许多SCWR设计,但所有SCWR都有一个关键特征,即使用超出热力学临界点作为主要冷却剂的水。由于此功能允许增加峰值温度, 这超临界水反应堆被认为是一个有希望的进步核电厂因为它高热效率(当前LWRS的〜45%〜33%)。

锅炉和冷凝器压力

如在克诺奥托布雷顿周期,热效率随着通过传热添加能量的平均温度而增加和/或能量被拒绝的平均温度降低。w88优德备用网址 微博这是所有热力学循环的共同特征。

冷凝器压力

朗肯循环 - 冷凝器压力
减小涡轮机排气压力增加每周期的净工作,但也降低了出口蒸汽的蒸汽质量。

能量被拒绝的平均温度降低的情况,需要在内部的压力下降冷凝器的减少饱和温度)。最低可行冷凝器压力是与环境温度相对应的饱和压力(即绝对压力)0.008 mpa,这对应于41.5°C)。保持最低实际涡轮机排气压力的目标是包括热电厂中的冷凝器的主要原因。冷凝器提供真空,使得从蒸汽中提取的能量最大化,导致净工作和热效率显着增加。但此参数(冷凝器压力)还具有其工程限制:

  • 减小涡轮排气压力降低蒸汽质量(或干燥级分)。在某些时候,必须结束扩张,以避免可能对汽轮机叶片造成的损害低质量的蒸汽
  • 减小涡轮机排气压力显着增加了蒸汽的特定体积,这需要蒸汽轮机的低压级的最后行中的巨大叶片。

在典型的湿汽轮机中,冷凝器中的排气蒸汽冷凝,其压力良好低于大气压(绝对压力0.008 mpa,这对应于41.5°C)。该蒸汽处于部分冷凝状态(点F),通常在90%附近的质量。注意,在(左右ΔT= 14°C)之间的温度差异始终存在冷凝器温度和环境温度之间,这些温度源于电容器的有限尺寸和效率。

冷凝涡轮机冷凝器中的典型参数
冷凝涡轮机冷凝器中的典型参数

锅炉压力

朗肯循环 - 锅炉压力
锅炉压力的增加是由反应器压力容器的材料限制。

通过传热加入能量的平均温度增加的情况,需要过热蒸汽产生或增加锅炉(蒸汽发生器)中的压力。w88优德备用网址 微博过热不是核电厂的典型。

通常大多数核电厂操作多级冷凝汽轮机。在这些涡轮机中,高压级接收蒸汽(这种蒸汽几乎是饱和的蒸汽 - x = 0.995-点C;6 MPa.;275.6°C)。由于蒸汽发生器均为100%效率,因此饱和温度(次级侧)与主要冷却剂的温度之间总是存在温差。

蒸汽发生器 - 逆流换热器
典型PWR蒸汽发生器中的温度梯度。

在典型的加压水反应器中,热原子冷却剂(水330°C;626°F)被泵入蒸汽发生器通过初级入口。这需要保持非常高的压力以使水保持在液态状态。为了防止初级冷却剂的沸腾并提供过冷余量(压力机温度与反应器核心的最高温度之间的差异),为PWRS典型约16MPa的压力反应堆压力容器是关键部件,它限制了每个核电站的热效率,因为电抗器容器必须承受高压。

PWR凝结涡轮机入口处的典型参数。
PWR凝结涡轮机入口处的典型参数。
参考:
核和反应堆物理学:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh,A. J. Baratta,核工程介绍,3D Ed。,Prentice-Hall,2001年,ISBN:0-201-82498-1。
  3. W. M. Stacey,核反应堆物理,约翰瓦里和SONS,2001,ISBN:0-471-39127-1。
  4. Glasstone,Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,弹簧斯;第4版,1994,ISBN:978-0412985317
  5. W.S.C.威廉姆斯。核和粒子物理学。克拉登登新闻;1版,1991年,ISBN:978-0198520467
  6. 肯尼斯·s·克兰。核物理导论,第3版,Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
  7. g.r.keepin。核动力学物理学。Addison-Wesley Pub。co;第1版,1965年
  8. 罗伯特·里德·伯恩,《核反应堆运行导论》,1988年。
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高级反应堆物理:

  1. K. O. Ott, W. A. Bezella,核反应堆静力学导论,美国核学会,修订版(1989),1989,ISBN: 0-894-48033-2。
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  3. D. L. Hetrick,核反应堆的动态,美国核协会,1993年,ISBN:0-894-48453-2。
  4. E. E. Lewis,W.F.F. Miller,中子运输计算方法,美国核协会,1993年,ISBN:0-894-48452-4。

其他参考:

柴油发动机 - 汽车回收

也可以看看:

兰诗周期

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