涡轮发电机的运行原理是什么 - 定义

大多数核电站运行一个单轴涡轮发电机,包括一个多级高压涡轮和三个并联多级低压涡轮,一个主发电机和一个励磁机。优德app热能工程

汽轮发电机的工作原理-发电

大多数核电站运营着一个单轴涡轮发电机它包含一个多级HP涡轮机三个平行的多级LP涡轮机,主发电机和激励器。惠普涡轮通常是双流脉冲涡轮机(或反应类型),具有约10个阶段,具有遮蔽刀片,产生电厂单元的总功率输出的约30-40%。LP涡轮机通常是双流式反应涡轮机,约5-8级(带有罩叶片和最后3个阶段的独立刀片)。LP涡轮机产生大约60-70%的电厂单元的总功率输出。每个涡轮转子安装在两个轴承上,即每个涡轮机模块之间存在双轴承。

典型3000mwth pwr的蒸汽轮机
一个典型的3000mw压水堆汽轮机方案。

从蒸汽发生器到主蒸汽线 - 蒸发

蒸汽发生器-立式
蒸汽发生器-立式

典型电力转换系统PWR.开始的蒸汽发生器在它们的壳边。蒸汽发生器是换热器用来转换进给蒸汽从一个中产生的热量核反应堆核心。进给水(二次电路)被加热〜230°C 500°F(通过再生器预热的流体)到该流体的沸点(280°C;536°F;6、5 mpa)。热量通过这些管的壁传递到位于交换器的次级侧的下压力二次冷却剂,其中冷却剂蒸发到加压蒸汽饱和蒸汽280°C;536°F;6,5 MPa)。饱和蒸汽通过蒸汽出口离开蒸汽发生器并继续到主蒸汽线更进一步说汽轮机

蒸汽发生器到主蒸汽管道这se main steam lines are cross-tied (e.g. via steam collector pipe) near the turbine to ensure that the pressure difference between any of the steam generators does not exceed specific value thus maintaining system balance and ensuring uniform heat removal from the Reactor Coolant System (RCS). The steam flows through the主蒸汽线隔离阀(MSIVS)从安全的角度来看非常重要,到高压涡轮机。直接在蒸汽轮机的入口处,有节流阀阀门控制阀。通过改变这些涡轮阀的开口来实现涡轮机控制。在一个涡轮旅行,蒸汽供应必须非常迅速地隔离,通常在几分之一秒内,所以截止阀必须快速可靠地工作。

高压下水的蒸发-蒸汽发生器中的能量平衡
蒸汽发生器-立式
蒸汽发生器-立式

计算需要的主要冷却剂的量蒸发1千克给水在一个典型的蒸汽发生器。假设没有能量损失,这只是理想化的例子。

初级电路的平衡

热原子冷却剂(水330°C;626°F;16MPA)被泵入蒸汽发生器通过初级入口。主要冷却液叶子(水295°C;563°F;16 mpa)蒸汽发生器通过主要出口。

H我,进口= 1516 KJ / kg

= >Δh一世= -206 kj / kg

H我,出口= 1310 kJ /公斤

给水平衡

蒸汽发生器 - 逆流换热器
典型PWR蒸汽发生器中的温度梯度。

给水(水230°C;446°F;6,5MPa.)被泵入蒸汽发生器通过给水口。进给水(二次电路)被加热〜230°C 446°F到那种流体的沸点(280°C;536°F;6、5 mpa)。然后蒸发给水并加压蒸汽饱和蒸汽280°C;536°F;6,5 MPa)通过蒸汽出口离开蒸汽发生器,并继续到蒸汽轮机。

HII,入口= 991 kj / kg

= >ΔhII= 1789 kJ /公斤

H二世,出口= 2780 kj / kg

蒸汽发生器的平衡

由于一次冷却剂比给水的比焓差较小,很明显一次冷却剂的量将大于1kg。从给水中产生1公斤饱和蒸汽,大约1789/206 x 1 kg = 8.68千克需要一次冷却剂。

等压加热
朗肯循环- Ts图
rankine周期 - TS图

等离性体的加热(在热交换器-锅炉)-在这个阶段(状态2和状态3之间)有一个恒压热传导到液体冷凝物从外部来源,因为腔室是开放的,流入和流出。w88优德备用网址 微博给水(二次回路)被加热到该流体的沸点(2→3a),然后在锅炉(3a→3)中蒸发问:添加= H.3.- H2

从涡轮阀到冷凝器 - 扩展

rankine周期 -  TS图
朗肯循环- t图

通常大多数核电站运营多级冷凝汽轮机。在这些涡轮中高压级接收蒸汽(该蒸汽接近饱和蒸汽- x = 0.995 -图中C点;6 MPa.;(275.6°C),并将其排至隔湿再热器(MSR - D点)。必须对蒸汽进行再加热,以避免对汽轮机叶片造成损伤低质量的蒸汽。当凝结水喷到叶片上时,高水滴含量会引起叶片的快速冲击和侵蚀。为了防止这种情况,在通往汽轮机的蒸汽管道中安装冷凝水排水管。无水蒸汽是通过从汽轮机高压级抽取蒸汽和直接从主蒸汽管道中抽取蒸汽来进行过热处理的。

资料来源:TVO  -  Olkiluoto 3 NPP www.tvo.fi/uploads/julkaisut/tiedostot/ydinvoimalayks_ol3_eng.pdf
资料来源:TVO - Olkiluoto 3 NPP www.tvo.fi/uploads/julkaisut/tiedostot/ydinvoimalayks_ol3_eng.pdf

加热蒸汽冷凝在管中,并排放到给水系统中。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)。然后,耗尽的蒸汽在冷凝器中冷凝,它处于低于大气压的压力(绝对压力0.008 MPa.),并处于部分凝聚状态(F点),其质量通常接近90%。汽轮机的高压和低压级通常在同一个轴上驱动一个共同的发电机,但它们有不同的情况。主发电机产生电力,然后供给电网。

湿汽轮机 - 膨胀

蒸汽轮机的高压级扩张
汽轮机高压级稳定运行,进口条件为6mpa, t = 275.6°C, x = 1 (C点),蒸汽在1.15 MPa, 186°C, x = 0.87 (D点)的压力下离开汽轮机焓差异(通过HP涡轮机完成的工作)这两个状态之间。

状态C的焓可以直接从蒸汽表,而州D的焓必须使用蒸气质量计算:

H1、湿=2785 kj / kg

H2、湿= h2,年代X + (1 - X) h2,我= 2782。0。87 +(1 - 0。87)790 = 2420 + 103 =2523 kj / kg

Δh = 262 kJ/kg = W生命值

等熵膨胀
朗肯循环- Ts图
rankine周期 - TS图

虽然熵扩张(蒸汽轮机中的膨胀) - 来自锅炉的蒸汽从状态3在蒸汽涡轮机中绝热地扩展以产生工作,然后排出到冷凝器(部分凝结)。蒸汽确实在周围环境(涡轮机的叶片)上工作,并且失去了等于离开系统的工作的焓。由涡轮机完成的工作由W.T.= H.4.- H3.熵仍然保持不变。

从冷凝器到冷凝水泵 - 冷凝

冷凝器 -  LP加热器 - 脱氧剂主凝汽器冷凝来自主汽轮机低压级和排汽系统的废气。排出的蒸汽通过来自冷却系统的含有水的管道而冷凝。

内部的压力冷凝器是由周围空气温度(即冷却系统中的水的温度)和蒸汽喷射器真空泵从表面冷凝器拉动气体(非冷凝物)并将它们喷射到大气中。

最低可行的冷凝器压力是对应于环境温度的饱和压力(例如,绝对压力0.008 MPa,这对应于41.5°C.)。注意,在(周围)之间总是有一个温差ΔT= 14°C)冷凝器温度和环境温度起源于有限尺寸和冷凝器的效率。由于冷凝器是100%效率的热交换器,因此饱和温度(次级侧)和冷却系统中冷却剂的温度之间总是存在温差。此外,存在一种无效的设计,这降低了涡轮机的整体效率。理想情况下,蒸汽排入冷凝器的蒸汽将会有没有欠火。但是真正的冷凝器设计用于将液体从几度摄入液体中脱离,以避免吸气在冷凝水泵中。但是,这种过冷却增加了循环的低效,因为需要更多的能量来重新加热水。

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。

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。

在一个典型的湿汽轮机,冷凝器中的耗尽蒸汽凝结,它处于低于大气压的压力(绝对压力0.008 MPa,对应41.5°C)。这种蒸汽处于部分冷凝状态(F点),质量通常接近90%。需要注意的是,冷凝器内部的压力也取决于周围的大气条件:

  • 空气的温度、压力和湿度在冷却时进入大气
  • 水的温度和流量在冷却时流入河流或海洋

环境温度的增加导致耗尽蒸汽压力的比例增加(ΔT= 14°C通常是恒定的)因此电力转换系统的热效率降低。换句话说,电气输出发电厂的可能会有所不同环境条件,而热功率保持不变。

收集冷凝器的热门中的冷凝蒸汽(现在称为冷凝物)。冷凝器的Hotwell还提供了一种储水能力,这是用于供给水化妆等操作目的所必需的。将冷凝物(饱和或稍微过硫化液)输送到冷凝水泵,然后通过给水加热系统通过冷凝水泵泵送到脱气器。冷凝水泵通常会增加到大约p = 1-2MPa的压力。通常存在四个三分之一的离心冷凝物泵,其中具有常见的抽吸和排放标头。三个泵通常在备份中使用一个。

异烟体热排斥
摄像头散热(在热交换器中)- 在该阶段中,循环通过恒定压力过程完成,其中从部分冷凝的蒸汽中拒绝热量。从蒸汽传热到冷却回w88优德备用网址 微博路中的冷却水。蒸汽凝结和冷却水的温度增加。被拒绝的净热量被拒绝问: 关于 = H. 4. - H 1

从冷凝水泵到给水泵 - 热再生

冷凝器 -  LP加热器 - 脱氧剂凝结物冷凝水泵然后通过几个阶段低压给水加热器,其中冷凝物的温度通过从低压涡轮机提取的蒸汽的热传递而增加。w88优德备用网址 微博通常存在三个或四个级别在级联中连接的低压给水加热器。冷凝物在大约P = 1MPa,T = 150℃下退出低压给水加热器并进入脱气剂。主要冷凝物系统还含有用于去除杂质的机械冷凝物纯化系统。喷水加热器是自调节的。这意味着进给水的流量越大,蒸汽的吸热速率越大,提取蒸汽的流动越大。

提取蒸汽线之间存在止回阀在供给水加热器和涡轮机之间。这些止回阀防止了涡轮机跳闸的反向蒸汽或水流,这导致涡轮机内部的压力迅速降低。以这种方式进入涡轮机的任何水都可能对涡轮机造成严重损坏。

热再生
热再生过程通过降低汽轮机的热阻,显著提高了汽轮机的热效率大量的燃料那必须加到锅炉里。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。另一方面,从其膨胀的某个点处从涡轮机中排出蒸汽的过程并使用该蒸汽加热供应给锅炉的给水的蒸汽流血的必须指出的是,少量的工作,WT.,由涡轮机丢失。

从文章中可以看出蒸汽发生器“,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)和蒸发。但冷凝器出口处的冷凝水可能有左右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。
  • 热力再生使汽轮机低压段质量流量下降,低压等熵涡轮效率提高。需要注意的是,在膨胀的最后阶段,蒸汽的比容非常大,这就需要最后阶段的大叶片。
  • 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。改进的涡轮排水意味着叶片侵蚀的问题较少。

除气器

除气器
典型托盘型脱水机的示意图。资料来源:wikipedia.org许可证:cc by-sa 3.0

一般来说,一个脱气剂是一种用于从给水中除去氧气和其他溶解气体到蒸汽发生器的装置。这脱气剂是给水加热系统的一部分。它通常位于最后一个低压加热器和供给水增压泵之间。特别地,蒸汽发生器中的溶解氧可以通过连接到金属管道和其他金属设备的墙壁和形成氧化物(锈蚀)来引起严重的腐蚀损坏。此外,溶解的二氧化碳与水相结合以形成碳酸,导致进一步腐蚀。

脱气剂,冷凝物通常通过从蒸汽涡轮机提取的蒸汽加热至饱和条件。提取蒸汽通过喷嘴的系统混合在除气器中,并且在蒸汽渗透之间的级联托盘。冷凝物中的任何溶解气体在该过程中释放并通过向大气或主冷凝器排出除去器。直接下面脱气剂给水储罐,在接近饱和的条件下储存大量的给水。在汽轮机跳闸事件中,该给水可以供应给蒸汽发生器,以维持在瞬态期间所需的水量。除氧器和储水箱通常设在较高的水轮机大厅,以保证充足净正吸入压头(NPSH)在进给水泵的入口处。汽蚀余量用来测量有多近流体处于饱和状态。降低吸力侧的压力会引起压力降低空化。这种布置最小化了泵中空化的风险。

从进给水泵到蒸汽发生器

给水泵 -  HP加热器的系统给水泵通常包含三条平行线(3×50%用常见的吸入和排放标头的给水泵的给水泵。每个供油泵包括助推器主给水泵。给水泵(通常由蒸汽轮机驱动)将冷凝物(〜1MPa)的压力增加到蒸汽发生器(〜6.5MPa)中的压力。

增压泵提供所需的主要供给水泵吸入压力。这些泵(两种供给水泵)通常是高压泵(通常是离心泵类型)从脱水剂储水箱中抽吸,该储水箱直接安装在脱水机下方,并供应主料水泵。来自给水泵的排水流过高压给水加热器,进入遏制然后流入蒸汽发生器

每个蒸汽发生器的给水流量由给水调节阀FRVS.)在每个给水线中。通过蒸汽发生器电平,蒸汽流量和给水流动自动控制调节器。

高压给水加热器通过来自高压涡轮机,HP涡轮机的提取蒸汽加热。来自高压进给水加热器的排水通常被路由到脱气器。

蒸汽发生器-立式
蒸汽发生器-立式

给水(水230°C;446°F;6,5MPa.)被泵入蒸汽发生器通过给水口。在蒸汽发生器中是从中加热的给水(次级电路)〜230°C 446°F到那种流体的沸点(280°C;536°F;6、5 mpa)。然后蒸发给水并加压蒸汽饱和蒸汽280°C;536°F;6,5 MPa)通过蒸汽出口离开蒸汽发生器并继续到蒸汽轮机,从而完成循环。

虽然熵压缩
等熵压缩(离心泵中的压缩)-液体冷凝物被离心泵(通常是冷凝泵,然后是给水泵)从状态1绝热压缩到状态2。冷凝液从冷凝器泵入高压锅炉。在这个过程中,环境对流体做功,增加了它的焓(h = u+pv)并压缩了它(增加了它的压强)。另一方面熵保持不变。压缩机所需的工作由W. = H. 2 - H 1
参考:
核和反应堆物理学:
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也可以看看:

涡轮发电机

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