壓水堆核電廠GSS系統(tǒng)再熱汽溫影響因素分析及運(yùn)行方式的選擇

朱劍波

摘 要：壓水堆核電廠二回路蒸汽為飽和蒸汽，汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）再熱汽的溫變化及系統(tǒng)的運(yùn)行方式對壓水堆核電廠的影響較大，直接關(guān)系到核電廠的經(jīng)濟(jì)性。文章結(jié)合質(zhì)量和能量平衡關(guān)系，構(gòu)建傳熱簡化模型，對再熱汽溫的影響因素作定性分析，對

GSS系統(tǒng)的運(yùn)行方式作簡要介紹，旨在為壓水堆核電廠的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考，推動行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GSS；壓水堆；核電廠；再熱氣溫；影響因素

中圖分類號：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0054-02

Abstract： The secondary loop steam of PWR nuclear power plant is saturated steam. The temperature change of reheat steam of gas-liquid separate system （GSS） and the operation mode of the system have great influence on nuclear power plant of pressurized water reactor （PWR）， which is directly related to the economy of PWR nuclear power plant. Based on the balance relationship between mass and energy， a simplified heat transfer model is constructed， the influencing factors of reheat steam temperature are qualitatively analyzed， and the operation mode of GSS system is briefly introduced in order to provide a reference for the stability and economic operation of PWR nuclear power plant， so as to promote the development of the industry.

Keywords： GSS； pressurized water reactor （PWR）； nuclear power plant； reheat temperature； influencing factors

1 再熱汽溫模型構(gòu)建

相關(guān)實(shí)踐研究表明，再熱汽溫與機(jī)組相對內(nèi)效率、熱消耗率和機(jī)組理想內(nèi)功率之間存在明顯聯(lián)系。故此，文章展開對再熱汽的溫度影響因素展開研究。具體再熱汽溫的研究中，結(jié)合質(zhì)量和能量平衡關(guān)系構(gòu)建再熱汽溫模型，根據(jù)模型對各影響因素作定性分析，詳細(xì)內(nèi)容如下。

1.1 壓水堆汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）

GSS系統(tǒng)設(shè)有高效汽水分離波紋板組件，能夠去除高壓缸排氣中98%的水分。再熱部分采用二級再熱器設(shè)計，第一級加熱汽源來自高壓缸第3級后抽氣，第二級加熱汽源為新蒸汽。下圖1為具體的系統(tǒng)模型。

圖1 系統(tǒng)模型

高壓氣缸排氣量用Gmj表示，Gcs表示去除的水分流量，G′zr表示再熱蒸汽流量。i′zr與i″zr表示蒸汽進(jìn)出口處的焓，Gs1則表示一級抽氣流量，i′s1與i″s1表示第一級進(jìn)出口焓值。Gs2、i′s2與i″s2分別為二級加熱蒸汽流量和二級的進(jìn)出口焓。

1.2 數(shù)學(xué)模型

結(jié)合上述模型所構(gòu)建的關(guān)系，根據(jù)能量守恒定律，可以得到如下公式（1）。

（1）

在此基礎(chǔ)上，可引入汽水分離汽除水系數(shù)，αsc= ，其為汽水分離器除去的水分流量與高壓缸排氣流量的比值，之后再研究G′zr與Gcs之間的聯(lián)系之后實(shí)施相關(guān)變形，再引入壓力與溫度的關(guān)系式di″zr= dp+ dt，通過進(jìn)一步的計算與研究，可以得到如下公式（2）所示具體數(shù)學(xué)模型。

上式中，C1，C2，…，C8表示具體各個影響因素的敏感度，具體數(shù)值大小決定其對再熱氣溫的影響程度。

2 再熱氣溫影響因素分析

在上述模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體參數(shù)，逐一展開對影響因素的研究，明確具體影響因素與再熱氣之間定性關(guān)系。

（1）i′zr的影響。上述模型中，可以得到入口處的蒸汽焓i′zr與再熱汽溫之間存在明顯正相關(guān)的聯(lián)系。因此當(dāng)i′zr升高時，且其他因素一定的情況下，可造成再熱氣溫發(fā)生升高。

（2）Gs1的影響。結(jié)合模型可以得到：高壓缸抽氣量Gsl與再熱氣溫之間變化方向是一致，在基本抽氣焓值、再熱蒸汽量和再熱蒸汽焓值一定的條件下，當(dāng)Gs1升高，再熱氣溫也會明顯升高。

（3）Gs2的影響。新蒸汽是第二級加熱蒸汽，其他因素不變時，可以得到當(dāng)Gs2值增加，再熱氣溫的溫度也會發(fā)生明顯變高。

（4）高壓氣缸抽汽、新蒸汽的比焓降。可以得到i″s1-i′s1與i″s2-i′s2均會對再熱氣溫造成影響。且均可以得到比焓降數(shù)值的明顯增加，可以得到再熱蒸汽的溫度也會增加。

（5）Gmj的影響。這一數(shù)值直接決定具體的再熱蒸汽量，控制其他溫度不發(fā)生變化，總加熱量不變，Gmj的數(shù)值增加后，則會造成再熱汽溫降低明顯。

（6）除水系數(shù)及壓力。除水系數(shù)決定再熱蒸汽中水分含量的情況，其數(shù)值越高表示飽和蒸汽占比越大，再熱蒸汽吸熱份額越大，汽溫越高。運(yùn)行壓力越高，飽和蒸汽溫度也越高，蒸汽焓值也增加，做功能力也增強(qiáng)。

通過上述研究表明，影響壓水堆核電廠再熱氣溫的因素相對較多，為確保機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要結(jié)合實(shí)際情況，對這些影響因素展開有效的控制。

3 GSS系統(tǒng)參數(shù)及運(yùn)行方式介紹

3.1 運(yùn)行參數(shù)

以秦山二期擴(kuò)建機(jī)組為列，GSS系統(tǒng)正常運(yùn)行每臺MSR的運(yùn)行參數(shù)如下表1：

正常運(yùn)行時，一級再熱器的加熱汽源（高壓缸抽汽）是不進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其溫度隨主蒸汽循環(huán)的溫度變化。二級再熱器的加熱蒸汽（新蒸汽）在汽機(jī)達(dá)到10%額定負(fù)荷由再熱蒸汽溫度控制器控制進(jìn)汽管線上的兩個氣動調(diào)節(jié)閥的開度投入運(yùn)行。

3.2 啟動

冷態(tài)啟動方式：

當(dāng)?shù)蛪焊兹肟跍囟鹊陀?49℃時，選擇冷態(tài)啟動方式：

（1）按照冷態(tài)啟動方式自動設(shè)定電動隔離閥的狀態(tài)；

（2）汽機(jī)功率達(dá)到10%額定功率時，開啟預(yù)熱閥；

（3）達(dá)到預(yù)熱溫度15分鐘后，如果汽機(jī)負(fù)荷大于35%，開始均熱：開啟旁閥管線和主閥管線進(jìn)行升溫，直到高壓管束加熱蒸汽溫度比MSR出口溫度高28℃，并在此穩(wěn)定均熱30分鐘；

（4）繼續(xù)開大主閥以56℃/小時的速率升溫直到閥門全開或出口蒸汽溫度達(dá)到288℃；

（5）在升溫過程中，當(dāng)出口蒸汽溫度達(dá)到204℃時將掃汽和疏水從凝汽器切到給水加熱器。

熱態(tài)啟動方式：

當(dāng)?shù)蛪焊兹肟跍囟雀哂?49℃時，選擇熱態(tài)啟動方式：

（1）按照熱態(tài)啟動方式自動設(shè)定電動閥的狀態(tài)；

（2）當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到600rpm時，開始通過旁閥和主閥進(jìn)行升溫直到出口蒸汽溫度達(dá)到204℃；

（3）在此兩小時后如果功率仍小于35%，則開啟一、二級再熱器去凝汽器的掃汽閥；

（4）如果汽機(jī)功率上升超過35%，關(guān)閉去凝汽器的掃汽閥，通過旁閥和主閥以56℃/小時開始升溫直到閥門全開或出口蒸汽溫度達(dá)到288℃。

低負(fù)荷保護(hù)：

當(dāng)汽機(jī)功率降至10%以下超過5分鐘且低壓缸入口蒸汽溫度>204℃兩個條件同時滿足時GSS系統(tǒng)進(jìn)入低負(fù)荷保護(hù)模式：10min內(nèi)將溫度整定值降至204℃。該整定值將一直保持，直至負(fù)荷重新上升到35%Pn以上時為止。

3.3 MSR解列

汽輪機(jī)正常運(yùn)行時，允許一臺或二臺MSR的一級或二級再熱器解列，但不允許任何一臺MSR的一級和二級再熱器同時解列。如需同時解列檢修，則應(yīng)停機(jī)處理。

MSR一級解列時應(yīng)注意防止MSR二級負(fù)荷，為此應(yīng)控制MSR二級出口溫度。

4 結(jié)束語

上述分析表明，影響壓水堆核電廠再熱汽溫的因素較多，應(yīng)采用合適的運(yùn)行方式控制這些影響因素，從而提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文研究分析了GSS系統(tǒng)再熱汽溫影響因素及其運(yùn)行方式，結(jié)合質(zhì)量、能量守恒，構(gòu)建再熱氣溫系統(tǒng)模型和數(shù)學(xué)模型，并對具體的再熱氣溫影響因素進(jìn)行定性分析。之后以秦山二期擴(kuò)建機(jī)組為例說明了GSS系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與方式，為后續(xù)的壓水堆核電廠機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行提供參考。

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