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無論是核電廠汽輪機還是火電廠汽輪機，都幾乎無一例外地采用回熱抽汽，以便減少汽輪機的冷源損失，提高蒸汽動力系統(tǒng)的循環(huán)熱效率。因此，準確確定回熱抽汽量與蒸汽
發(fā)生器出口蒸汽流量即主蒸汽流量之間的關(guān)系，受到了設計和運行部門的普遍重視。
目前，對于回熱抽汽量與主蒸汽流量之間的關(guān)系，雖然已經(jīng)有大量文獻進行了討論，但各文獻給出的結(jié)論卻有所不同。對于回熱抽汽式汽輪機，只要回熱系統(tǒng)正常運行，且回熱抽汽僅用來加熱本機凝結(jié)水，則負荷變化時，各段回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比。大部分回熱抽汽量近似比例于主蒸汽流量。汽輪機各段回熱抽汽量與主蒸汽流量在實用變工況范圍內(nèi)成正比關(guān)系。通常回熱式機組各級回熱抽汽量在相當范圍內(nèi)與機組的主蒸汽流量近似成正比。但對于再熱機組，這一條件難以滿足。若回熱抽汽僅用來加熱本機凝結(jié)水，雖然各段回熱抽汽量不與主蒸汽流量成正比，但大多數(shù)與主蒸汽流量同方向增減。在不同工況下核電汽輪機的回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比，且再熱器的疏水也與主蒸汽流量成正比，這樣便可通過主蒸汽流量確定相對應的各回熱抽汽量，進而計算出各段回熱抽汽的焓值。
針對上述各文獻關(guān)于回熱抽汽量與主蒸汽流量之間關(guān)系的討論，本文以某1 000MW 核電汽輪機為例，對不同工況下回熱抽汽量與主蒸汽流量之間的關(guān)系進行了分析，并給出在不同誤差允許范圍內(nèi)的回熱抽汽量與主蒸汽流量計量之間的關(guān)系。
1、壓水堆核電廠二回路原則性熱力系統(tǒng)
某1 000MW 壓水堆核電廠二回路原則性熱力系統(tǒng)，如圖1 所示。
由圖1 可見，蒸汽發(fā)生器將反應堆產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的給水。蒸汽發(fā)生器出口的主蒸汽一部分用于加熱蒸汽去往新蒸汽再熱器，其余部分進入汽輪機高壓缸做功。高壓缸的回熱抽汽引至高壓加熱器，高壓缸排汽除部分送往除氧器外，大部分送往汽水分離器和再熱器進行除濕和再熱。核電汽輪機在反應堆外利用新蒸汽和高壓抽汽對高壓缸排汽進行再熱。抽汽再熱器( Ｒ1) 的熱量來自高壓缸的抽汽，新蒸汽再熱器( Ｒ2) 的熱量來自蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的新蒸汽。Ｒ1 再熱器與Ｒ2 再熱器的疏水混合流至H7 高壓加熱器。再熱器的出口蒸汽為過熱蒸汽，進入到汽輪機低壓缸繼續(xù)做功。低壓缸的回熱抽汽引至低壓加熱器，排汽排放到凝汽器冷凝為凝結(jié)水。然后凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵、軸封加熱器及低壓加熱器送至除氧器。汽水分離器的疏水、高壓加熱器的逐級自流疏水流至除氧器，而除氧器出口的給水經(jīng)給水泵升壓及高壓加熱器的加熱后zui終去往蒸汽發(fā)生器。
2、不同工況下再熱器疏水流量與主蒸汽流量的關(guān)系
2.1 再熱器總疏水量與再熱蒸汽流量之間的關(guān)系由圖1 可見，對Ｒ2 再熱器列熱平衡方程有
De(he－h(huán)e，s)η=Drh(hc－h(huán)j)
式中，De為去往Ｒ2再熱器的新蒸汽流量，t/h;
Drh為再熱蒸汽流量，t/h;
he為去往Ｒ2 再熱器的新蒸汽飽和焓值，kJ /kg;
he，s為Ｒ2 再熱器的飽和疏水焓值，kJ /kg;
hj、hc分別為Ｒ2 再熱器進、出口蒸汽焓值，kJ /kg; η 為再熱器效率。
式中，θ、θ2分別為Ｒ1 再熱器和Ｒ2 再熱器的上端差，℃; tsr1、tsr2分別為Ｒ1 再熱器和Ｒ2 再熱器加熱蒸汽壓力對應的飽和疏水溫度，℃; tj、tc分別為流過Ｒ2 再熱器的再熱蒸汽進出口溫度，℃; Δt 為流過Ｒ2 再熱器的再熱蒸汽溫升，℃; r 為Ｒ2再熱器加熱蒸汽壓力對應的汽化潛熱，kJ /kg; cp為流過Ｒ2再熱器的再熱蒸汽定壓比熱。
對于不同的工況，即使Ｒ1 和Ｒ2 再熱器的傳熱端差認為是常數(shù)，但由于不同工況下Ｒ1 和Ｒ2 再熱器加熱蒸汽壓力的不同，故其對應的飽和溫度也不同。故Ｒ2 再熱器的加熱蒸
汽流量與再熱蒸汽流量不成正比。
同理，對于Ｒ1 再熱器，加熱蒸汽流量與再熱蒸汽流量也不成正比。
由于Ｒ1 和Ｒ2 再熱器的疏水均流至H7 高壓加熱器，令Ddr = De + De0
式中，Ddr為再熱器疏水流量，t /h; De0為去往Ｒ1 再熱器的高壓缸抽汽量，t /h。
顯然，兩個再熱器的總疏水量與再熱蒸汽流量也不成正比。
某1 000MW 核電機組在不同工況下再熱器疏水流量與再熱蒸汽流量的對應關(guān)系如圖2 所示。
由圖2 可見，當假定不同工況下再熱器總疏水量與再熱蒸汽流量成正比時，將引起12． 55%的相對誤差。
2.2 再熱蒸汽流量與主蒸汽流量之間的關(guān)系
某1 000MW 核電機組在不同工況下再熱蒸汽流量與主蒸汽流量的對應關(guān)系如圖3 所示。
同理，由圖3 可見，不同工況下再熱蒸汽流量與主蒸汽流量不成正比。但當假定再熱蒸汽流量與主蒸汽流量成正比時，將引起3． 29%的相對誤差。
2.3 再熱器疏水流量與主蒸汽流量之間的關(guān)系
因此，結(jié)合圖2 與圖3 的分析可知，不同工況下再熱器疏水流量與主蒸汽流量也不成正比。
3、不同工況下高壓缸回熱抽汽量與主蒸汽流量的關(guān)系
3.1 H7 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量之間的關(guān)系由圖1 可見，對H7 高壓加熱器有
［D1( he1－h(huán)1)+Ddr(hdr－h(huán)1)］ηh=Dfw(hw1－h(huán)w2)
式中，D1為H7 高壓加熱器的回熱抽汽流量，t /h; Dfw為給水流量，t /h; he1為H7 高壓加熱器的回熱抽汽焓值，kJ /kg; h1為H7 高壓加熱器的回熱抽汽壓力對應下的疏水焓值，kJ /kg;hdr為再熱器疏水焓值，kJ /kg; hw1和hw2分別為H7 高壓加熱器的出口水焓和H6 高壓加熱器的出口水焓，kJ /kg; ηh為高壓加熱器效率。
蒸汽發(fā)生器的排污率為0，有D0 = Dfw
式中，D0為蒸汽發(fā)生器出口的主蒸汽流量，t /h。聯(lián)立式( 9) ～ 式( 10) ，可得
式中，θ1、1分別為H7 高壓加熱器的上端差和下端差，℃; ts為H7 高壓加熱器的抽汽壓力對應的飽和疏水溫度，℃; tsl為經(jīng)疏水冷卻段后H7 高壓加熱器出口疏水溫度，℃; cp1為給水的定壓比熱。
在不同的工況下，即使H7 高壓加熱器的傳熱端差認為是常數(shù)，但由于不同工況下高壓缸抽汽壓力的不同，故其對應的飽和疏水溫度及焓值、經(jīng)疏水冷卻段后加熱器出口疏水溫度及焓值也不同。而給水的定壓比熱由于水側(cè)壓力的變化也不同; 對于式( 11) 右邊第二項，同樣由于不同工況下高壓缸抽汽壓力的不同，故其對應的飽和疏水焓值、經(jīng)疏水冷卻段后加熱器出口疏水焓值也不同。所以綜上所述，不同工況下H7 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量不成正比。
某1 000MW 核電機組在不同工況下H7 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量的對應關(guān)系如圖4 所示。
由圖4 可見，當假定在不同工況下H7 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比時，將引起47． 4%的相對誤差。
3.2 H6 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量之間的關(guān)系
由圖1 可見，對H6 高壓加熱器有［D2(he2－h(huán)2) + (D1+Ddr)·(h1－h(huán)2)］ηh=Dfw(hw2－h(huán)w3)
式中，D2為H6 高壓加熱器的回熱抽汽流量，t/h; he2為H6 高壓加熱器的回熱抽汽焓值，kJ/kg; h2為H6 高壓加熱器的回熱抽汽壓力對應下的疏水焓值，kJ /kg; hw3為H6 高壓加熱器的進口水焓值，kJ /kg。聯(lián)立式( 10) 和式( 13) ，可得
同理，不同工況下H6 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量也不成正比。
某1 000MW 核電機組在不同工況下H6 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量的對應關(guān)系如圖5 所示。
由圖5 可見，當假定在不同工況下H6 高壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比時，將引起5． 5%的相對誤差。
3.3 除氧器回熱抽汽量與主蒸汽流量之間的關(guān)系
同理，不同工況下除氧器回熱抽汽量與主蒸汽流量也不成正比。
由圖6 可見，當假定在不同工況下除氧器回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比時，將引起12． 8%的相對誤差。
4、不同工況下低壓缸回熱抽汽量與主蒸汽流量的關(guān)系
由圖1 可見，對H2 低壓加熱器有
De2(he2－h(huán)d2)ηl=Dc(hfw2－h(huán)fw1)
式中，De2為H2 低壓加熱器的回熱抽汽流量，t/h; Dc為進入到H2 低壓加熱器的凝結(jié)水流量，t/h; he2為H2 低壓加熱器的回熱抽汽焓值，kJ /kg; hd2為H2 低壓加熱器的回熱抽汽壓力對應下的疏水焓值，kJ /kg; hfw1和hfw2
分別為H2 低壓加熱器的進出口水焓，kJ /kg; ηl為低壓加熱器效率。
對式(15) 變形得
式中，θ2、2分別為H2 低壓加熱器的上端差和下端差，℃; ts2為H2 低壓加熱器的抽汽壓力對應的飽和疏水溫度，℃; tsl2為經(jīng)疏水冷卻段后H2 低壓加熱器出口疏水溫度，℃; cp2為凝結(jié)水的定壓比熱。
在不同的工況下，即使H2 低壓加熱器的傳熱端差認為是常數(shù)，但由于不同工況下低壓缸抽汽壓力的不同，故其對應的飽和疏水溫度及焓值、經(jīng)疏水冷卻段后加熱器出口疏水溫度及焓值也不同。而凝結(jié)水的定壓比熱由于水側(cè)壓力的變化也不同，故H2 低壓加熱器回熱抽汽量與進入到H2 低壓加熱器的凝結(jié)水流量不成正比。而進入到H2 低壓加熱器的凝結(jié)水流量與主蒸汽流量也不成正比，所以H2 低壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量不成正比。
同理，其余的低壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量也不成正比。
某1 000MW 核電機組在不同工況下H1、H2、H3 及H4低壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量的對應關(guān)系分別如圖7～ 圖10 所示。
由圖7 ～ 圖10 可見，當假定在不同工況下低壓加熱器回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比時，對應H1 ～ H4 低壓加熱器回熱抽汽量，將分別引起22.92%、10.57%、3.71% 和5.67%
圖10 H4 低壓加熱器回熱抽汽量隨主蒸汽流量變化的相對誤差。
(1) 若回熱抽汽僅用來加熱本機凝結(jié)水，各段回熱抽汽量不與主蒸汽流量成正比，但與主蒸汽流量同方向增減。
(2) 對于本文所討論的1 000MW 核電汽輪機，當認為各段回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比時，相對于實際的各段回熱抽汽量，zui大將產(chǎn)生47． 7%的相對誤差。
(3) 由于核電汽輪機大部分回熱抽汽點均處于濕蒸汽區(qū)，無法采用常規(guī)的熱平衡方法來確定回熱抽汽量。利用假定回熱抽汽量與主蒸汽流量成正比的方法來確定回熱抽汽量，進而計算出各段回熱抽汽的焓值，這種算法必然產(chǎn)生較大的誤差。
