百萬核電汽輪機(jī)汽水分離再熱器系統(tǒng)設(shè)計

　　 摘要： 結(jié)合百萬核電汽輪發(fā)電機(jī)組工程技術(shù)設(shè)計，對百萬核電汽輪機(jī)汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）作用、二級再熱系統(tǒng)設(shè)計、疏水系統(tǒng)設(shè)計以及運(yùn)行工況設(shè)計情況進(jìn)行分析介紹
　　關(guān)鍵詞：汽水分離再熱器MSR分離再熱器系統(tǒng)GSS行波紋板式分離器 乏汽 新蒸汽
　　中圖分類號: TL4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3791(2011)06(b)-0000-00
　　
　　根據(jù)二代半核電站百萬千瓦核電汽輪機(jī)技術(shù)設(shè)計情況，對于汽輪機(jī)汽水分離再熱系統(tǒng)（GSS）系統(tǒng)功能、二級再熱系統(tǒng)設(shè)計、疏水系統(tǒng)設(shè)計以及運(yùn)行工況設(shè)計情況進(jìn)行分析介紹如下。
　　
　　1 系統(tǒng)功能簡述
　　汽輪機(jī)汽水分離再熱系統(tǒng)是核電汽輪機(jī)必不可少的一個重要環(huán)節(jié)。其目的是為了把末級葉片濕度控制在10％左右，從而中壓/低壓缸進(jìn)汽必須帶有一定的過熱度。在常規(guī)火電機(jī)組中，為此一般是將高壓缸的排汽送入鍋爐中的再熱器進(jìn)行再熱。而在核電機(jī)組中，情況就不一樣。由于核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽，一般為5～7MPa壓力的飽和蒸汽（濕度在0.25%以下），當(dāng)蒸汽在核電汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹到1.0～1.5MPa時，其濕度已增加到10%～13%。如果蒸汽直接送到中壓/低壓缸繼續(xù)膨脹做功，當(dāng)其達(dá)到凝汽器壓力時，排汽濕度將會增加到20%～25%，遠(yuǎn)超出12—15％的允許值，其結(jié)果，除了導(dǎo)致汽輪機(jī)內(nèi)效率大大下降外，還會造成汽輪機(jī)內(nèi)部構(gòu)件的嚴(yán)重水蝕，以至機(jī)組無法正常工作。因此，將高壓缸的排汽進(jìn)行汽水分離，去除其中的水份后，再用抽汽或新蒸汽進(jìn)行再熱，使蒸汽進(jìn)入低壓缸前有一定的過熱度，這樣，最終的排汽濕度就可控制在10%左右（與一般火電相當(dāng)）。因此，在高、中壓/低壓缸之間設(shè)置了2臺并列的汽水分離再熱器，其功能是：
　　——除去高壓缸排汽中的水分；
　　——提高進(jìn)入低壓缸蒸汽的溫度，使其具有一定的過熱度。
　　這樣，就大大改善了汽輪機(jī)低壓缸的工作條件，提高了汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率，防止和減少濕蒸汽對汽輪機(jī)零部件的腐蝕作用。
　　
　　2 主要設(shè)備
　　汽水分離再熱器（MSR）有汽水分離器和再熱器兩部分組成，其結(jié)構(gòu)特點如下：
　?。?）汽水分離器：為人字行波紋板式分離器，是美、法、德、日等國廣泛采用的型式。濕蒸汽流沿兩塊波紋形成的通道行進(jìn)，不斷改變流向。由于慣性作用，水滴沖撞在板上而被收集起來，這種分離器有較高的分離效率。
　　（2）再熱器：翅片管再熱器，分為一級再熱器和二級再熱器。翅片管加強(qiáng)了傳熱效果，提高了熱效率，大大提高了蒸汽的熱值。一級再熱器的熱源來自于乏汽，即高壓缸抽汽，二級再熱器熱源來自于新蒸汽。
　　
　　3 系統(tǒng)設(shè)計簡析
　　汽水分離再熱器系統(tǒng)由蒸汽供汽系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、疏水（排水）系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。
　　3.1 蒸汽供汽系統(tǒng)
　　(1) 作用
　　系統(tǒng)把來自高壓缸的乏汽、新蒸汽供應(yīng)給2個再熱器，以便使高壓缸排放的蒸汽在進(jìn)入中壓缸前被加熱，使之成為有過熱度的過熱蒸汽。確保在低壓缸排汽濕度不超過允許的值。
　　(2) 乏汽供汽站（第一級再熱）
　　從高壓缸第一個抽汽點抽汽供給第一級（乏汽）再熱器，加熱蒸汽取至第一個抽汽點管道上抽汽止回閥下游和隔離閥上游。
　　(3) 新蒸汽供汽站（第二級再熱）
　　進(jìn)入第二級（新蒸汽）再熱器的新蒸汽來自主蒸汽母管。新蒸汽流量由一個主運(yùn)行調(diào)節(jié)閥和一個啟動調(diào)節(jié)閥控制。啟動調(diào)節(jié)閥在啟動和低負(fù)荷運(yùn)行期間對進(jìn)入第二級再熱器的新蒸汽流量進(jìn)行控制。在核島運(yùn)行期間向新蒸汽供汽站提供蒸汽并用蒸汽對管道系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱，以防止冷態(tài)啟動是的熱沖擊。
　　主運(yùn)行調(diào)節(jié)閥用于高負(fù)荷運(yùn)行時向第二級再熱器提供新蒸汽。
　　3.2 抽氣系統(tǒng)
　　(1) 作用
　　抽氣系統(tǒng)排出再熱器中的非凝結(jié)氣體。它對于防止再熱器換熱管的間歇性淹沒是必需的，而間歇性淹沒可導(dǎo)致疲勞故障。
　　在冷態(tài)啟動時對第一級和第二級再熱器換熱管進(jìn)行預(yù)熱。
　　在汽輪機(jī)啟動期間抽空再熱器管道中的非凝結(jié)氣體。
　　(2) 再熱器抽氣系統(tǒng)簡介
　　為了在啟動汽輪機(jī)前達(dá)到120℃的溫度，采用連續(xù)抽氣，其通過再熱器換熱管的蒸汽流量為正常蒸汽流量的3%。
　　新蒸汽疏水收集箱的抽氣管道與隔離閥下游的第一級（乏汽）再熱器管巢相連。
　　乏汽疏水收集箱抽氣管與高壓管道相連。運(yùn)行期間該基本抽氣處于打開狀態(tài)。一個低負(fù)荷備用抽氣管與凝汽器相連，超過5%負(fù)荷時，該備用裝置處于關(guān)閉狀態(tài)。如果在正常管道中檢測到流量低，它在運(yùn)行中打開。
　　為了得到最大的熱回收，通常將抽氣引向一個合適的給水加熱器。
　　
　　3 疏水（排水）系統(tǒng)
　　3.1 作用
　　疏水系統(tǒng)是為了將凝結(jié)水從MSR排出以保證裝置的有效和安全運(yùn)行，每臺MSR均有一個獨立的疏水系統(tǒng)。
　　3.2 系統(tǒng)組成
　　---分離器疏水系統(tǒng)
　　---乏汽再熱器疏水系統(tǒng)
　　---新蒸汽再熱器疏水系統(tǒng)
　　注：在啟動和低負(fù)荷運(yùn)行期間，MSR所有疏水都應(yīng)排向凝汽器，使它們能得到過濾，以防止給水系統(tǒng)的污染。
　　(1) 分離器疏水系統(tǒng)
　　從每臺MSR分離出來的水靠重力排入分離器混合疏水收集箱，再由泵泵入除氧器會4號第一加熱器后給水管線上。
　　提供給每個混合疏水收集箱一個疏水回收泵。在該泵不能使用或疏水不能排入除氧器時，疏水通過安裝在疏水箱上的高液位控制器打開事故疏水閥，使疏水排入凝汽器。
　　(2) 乏汽再熱器和新蒸汽再熱器疏水系統(tǒng)
　　新蒸汽和乏汽再熱器管巢集管中的凝結(jié)水通過重力被排入各自的再熱器疏水收集箱。
　　乏汽再熱器疏水收集箱正常時疏水排入6號高加，事故時排入凝汽器。
　　新蒸汽再熱器疏水收集箱正常時疏水排入7號高加，事故時排入凝汽器。
　　
　　4 運(yùn)行工況設(shè)計
　　4.1 啟動
　　啟動前MSR管束的暖管和通風(fēng)
　　為了防止?jié)裾羝M(jìn)入汽機(jī)的中/低壓通流，二級再熱器在汽機(jī)冷態(tài)啟動前需要進(jìn)行暖管。
　　經(jīng)過暖管使再熱級達(dá)到平衡壓力。一級再熱壓力和二級再熱約100kPa。當(dāng)再熱器管板溫度達(dá)到140℃，暖管自動停止。汽機(jī)可以啟動。不過當(dāng)再熱器管板平均溫度達(dá)到120℃后，就可進(jìn)行手動啟動。
　　MSR二級再熱的通風(fēng)回路將二級凝結(jié)水箱與一級再熱供汽管連通。這種結(jié)構(gòu)可完成一級再熱的抽氣。一級再熱的通風(fēng)將一級凝結(jié)水箱中的蒸汽抽至高排。MSR的抽氣系統(tǒng)在機(jī)組啟動期間抽空再熱器及管道中的非冷凝氣體。
　　汽機(jī)升速和升負(fù)荷
　　中壓蒸汽必須是過熱蒸汽。這要求一個（或兩個）再熱級必須投運(yùn)。如果兩個再熱級都被切除將導(dǎo)致濕蒸汽進(jìn)入中壓，這是機(jī)組不允許的。
　　管板（MSR二級再熱）的預(yù)熱由二級供汽流量完成，通過二級供汽備用壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。
　　啟動狀態(tài)取決于二級再熱管板的熱狀態(tài)：
　　?如果管板溫度高于140℃，熱態(tài)啟動。
　　?如果溫度低于120℃，冷態(tài)啟動。冷態(tài)啟動前需要進(jìn)行暖管。
　　二級供汽壓力調(diào)節(jié)閥逐漸打開，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷函數(shù)以及遵循時間常數(shù)來控制二級再熱管板的溫度上升。二級供汽壓力調(diào)節(jié)閥在60％負(fù)荷全開。
　　一級供汽由7段抽汽提供。隔離閥在汽機(jī)升速期間打開。
　　4.2 正常停機(jī)
　　MSR供汽閥在開啟狀態(tài)，直到達(dá)到60％汽機(jī)額定負(fù)荷。
　　MSR一級再熱供汽的抽汽隔離閥開啟，直到汽機(jī)停機(jī)。
　　MSR二級再熱的供汽壓力調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)閉，直到達(dá)到二級再熱管束要求的最小壓力值。這是為了避免在低流量工況下蒸汽過熱，以便限制每個MSR進(jìn)出口間的溫差。
　　
　　總的來說，GSS系統(tǒng)的合理設(shè)計對于汽輪機(jī)正常、安全運(yùn)行意義重大，GSS系統(tǒng)如果不能正常疏水，將影響汽水分離器本體的安全，同時，如果高濕度的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸做功，將嚴(yán)重威脅低壓缸運(yùn)行安全，進(jìn)而影響整個核電站的運(yùn)行安全。另外，GSS系統(tǒng)是否正常疏水直接影響汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的功率輸出，影響核電站的經(jīng)濟(jì)效益，因此合理的GSS系統(tǒng)設(shè)計對于核電站的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 廣東核電培訓(xùn)中心編.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備，原子能出版社，2009.