“華龍一號”核電汽輪發(fā)電機組非核沖轉(zhuǎn)方案優(yōu)化研究

孔海波 許福南

摘 要：核電機組在熱態(tài)功能試驗期間，大部分在帶核運行前都會執(zhí)行汽輪發(fā)電機組非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗，以驗證汽輪發(fā)電機組的制造、安裝質(zhì)量。根據(jù)“華龍一號”核電的汽輪發(fā)電機組的技術(shù)特點，為了維持汽輪發(fā)電機組在額定轉(zhuǎn)速的持續(xù)時間，分析并提出優(yōu)化措施，并指導(dǎo)推廣至其它核電機組的汽輪發(fā)電機非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗中。

關(guān)鍵詞：核電;汽輪發(fā)電機;沖轉(zhuǎn);優(yōu)化

1、引言

汽輪發(fā)電機組作為核電站的能量轉(zhuǎn)換的樞紐關(guān)鍵設(shè)備，其制造和安裝的質(zhì)量的驗證具有重要的意義，非核蒸汽沖轉(zhuǎn)的試驗方案基于機組帶核運行前進(jìn)行汽輪發(fā)電機組的沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速的試驗驗證，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備制造和安裝的缺陷，控制核電機組整體進(jìn)度風(fēng)險。非核沖轉(zhuǎn)存在一個技術(shù)性的難題，核島反應(yīng)堆未啟動，無法提供裂變能，只能通過穩(wěn)壓器的電加熱器和主回路的反應(yīng)堆冷卻劑泵運行產(chǎn)生的熱量提供有限功率的熱源，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽量不足以維持汽輪發(fā)電機組長期在額定轉(zhuǎn)速運行。維持汽輪發(fā)電機組在額定轉(zhuǎn)速更長的時間，對于設(shè)備具有重大的意義，意味著有更充裕的時間對汽輪發(fā)電機組的運行狀態(tài)進(jìn)行各項檢查。

2、汽輪發(fā)電機非核蒸汽沖轉(zhuǎn)方案優(yōu)化分析

為了實現(xiàn)延長汽輪發(fā)電機停留在額定轉(zhuǎn)速平臺的時間，總體的優(yōu)化思路主要有以下幾個方向。第一，提高用于汽輪發(fā)電機沖轉(zhuǎn)的蒸汽儲量;第二、提高熱源的能量儲量;第三、提高給水的溫度;第四、減少蒸汽的非做功損失。

提高汽輪發(fā)電機的蒸汽儲量主要的在于提高非核沖轉(zhuǎn)前蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)的水量，提高沖轉(zhuǎn)期間的持續(xù)供汽的能力。提高熱源的能量儲量，在于提高核島一回路的持續(xù)供熱能力，為蒸汽發(fā)生器產(chǎn)熱提供更多的交換熱。提高給水的溫度，主要的目的是為了提高進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的給水初參數(shù)，在產(chǎn)生同量蒸汽的情況下，消耗更少的一回路熱量，同時也能減低觸發(fā)一回路溫度變化速率限制的概率。減少蒸汽的非做功損失的主要目的是為了將蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的飽和蒸汽盡最大化的用于做功，減少其它途徑的蒸汽消耗。

4、汽輪發(fā)電機非核蒸汽沖轉(zhuǎn)優(yōu)化措施

為了使非核蒸汽沖轉(zhuǎn)時汽輪發(fā)電機維持在額定轉(zhuǎn)速的持續(xù)時間盡可能長，根據(jù)優(yōu)化的方向分析，主要從以下幾方面采取優(yōu)化措施。

（1）提高蒸汽發(fā)生器的初始水位，機組在熱態(tài)功能試驗期間，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的水位正常維持在0米，非核沖轉(zhuǎn)前將蒸汽發(fā)生器的水位提高至﹢0.9m，在沖轉(zhuǎn)期間，汽輪發(fā)電機升至暖機轉(zhuǎn)速390rpm，進(jìn)行汽輪機暖機時，可加大給水補水量，將蒸汽發(fā)生器的水位重新補充回升至0.9米，并且汽輪發(fā)電機組從390rpm升至額定轉(zhuǎn)速1500rpm時，在確保一回路參數(shù)不超限制的前提下，盡量保證給水流量保持在較大流量，以減緩蒸汽發(fā)生器的水位下降的速率。另外，沖轉(zhuǎn)前隔離蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)也可減少高溫飽和水的水量和熱能損失，對維持蒸汽發(fā)生器的液位也有一起作用。

（2）提高熱源的能量儲量主要在于控制一回路的熱工參數(shù)，核島的安全運行受到一系列的限制，比如一回路的的溫降速率限制是影響非核沖轉(zhuǎn)持續(xù)時間的關(guān)鍵參數(shù)，要求小于56℃/h，如果溫降速率超過這一限值，將對設(shè)備和管道產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，對一回路的設(shè)備壽命和安全運行產(chǎn)生較大的影響。一回路的最低溫度也受到限值，不得低于238℃，一旦低于該溫度限值，機組運行模式將后撤?？刂埔换芈返哪芰績渲饕幸韵路椒ǎ瑢⒎€(wěn)壓器的初始液位提高，正常運行液位的范圍在+2.6米至-4米，盡量將穩(wěn)壓器的水位提高至+2.6米，容控箱的液位盡可能提高至1.9米。390RPM平臺暖機結(jié)束隔離下泄回路;上充流量需要適當(dāng)加大控制，700rpm之前能將穩(wěn)壓器液位控制在2.5米以上，之后逐漸關(guān)小補水流量，800rpm時維持較低流量6立方米每小時以下即可，在液位低于-3.米時開始加大上充，能維持-3.5米左右液位即可。

（3）提高給水溫度，在非核沖轉(zhuǎn)期間，二回路水循環(huán)不具備建立條件，采用的是除氧器獨立制水，水質(zhì)合格后，非核沖轉(zhuǎn)時給蒸汽發(fā)生提供合格給水。同類型機組在除氧器制水時，將除氧器的除鹽水加熱至100℃左右，壓力微正壓，目的是為了進(jìn)行熱力除氧?？ɡ婧穗婍椖繛榱颂岣呓o水初始參數(shù)，利用輔助蒸汽將除氧器的水溫加熱至170℃左右，壓力升高至0.5MPa左右，將給水焓值提高了約50%左右。同時為了最大限度提高進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的給水水溫，提前一天將除氧器制好的水打入蒸汽發(fā)生器，對高壓加熱器旁路管和主給水管內(nèi)的初始溫度較低給水進(jìn)行置換，確保非核沖轉(zhuǎn)時進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的給水初始參數(shù)更高。

（4）減少蒸汽的非做功損失。蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽在進(jìn)入汽輪發(fā)電機做功前和做功的中間過程產(chǎn)生的損失。主要在兩方面的優(yōu)化措施，第一，汽輪機軸封系統(tǒng)的汽源從主蒸汽供汽切換為輔助鍋爐供汽或公用輔汽供汽;第二、對汽水分離再熱器的二級再熱器進(jìn)行預(yù)熱，蒸汽經(jīng)過高壓缸做功后，減少通過汽水分離再熱器時產(chǎn)生的熱損。

（5）優(yōu)化非核沖轉(zhuǎn)升速率設(shè)置，汽輪發(fā)電機正常啟機沖轉(zhuǎn)時升速率在熱應(yīng)力不受限制的情況下，升速率設(shè)定值為300rpm/min，從暖機轉(zhuǎn)速390rpm升速至額定轉(zhuǎn)速1500rpm共需花3.7分鐘，升速率值越大，汽輪機沖轉(zhuǎn)時的汽耗率越高，需要消耗更多的蒸汽，一回路供熱的總量越少，同時一二回路的運行波動大，不利于狀態(tài)控制，根據(jù)汽輪發(fā)電機的升速率限制要求，升速率值最低不得低于84rpm/min，綜合考量后，最終確定升速率值修改為100rpm/min，將暖機轉(zhuǎn)速390rpm升速至額定轉(zhuǎn)速1500rpm延長至11.1分鐘，整個機組沖轉(zhuǎn)期間的運行參數(shù)更穩(wěn)定，使額定轉(zhuǎn)速保持更長時間提供了保證。

5、結(jié)論

海外華龍一號的非核蒸汽沖轉(zhuǎn)在國內(nèi)同型號的核電機組的非核沖轉(zhuǎn)中，進(jìn)一步采取的優(yōu)化措施，充分驗證了優(yōu)化方案的可行性。在實際的沖轉(zhuǎn)過程中，采取優(yōu)化措施后，汽輪發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速的維持時間持續(xù)了13分30秒左右，超越了國內(nèi)同型號的華龍一號機組的持續(xù)時間。采取的優(yōu)化措施也可對后續(xù)機組的非核沖轉(zhuǎn)提供優(yōu)化思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳興.1000MW汽輪發(fā)電機組非核蒸汽沖轉(zhuǎn)試驗方案優(yōu)化的探索與實踐【J】.科技視界，2018.34（11）：030-002

作者簡介：孔海波（1986-），男，湖南長沙人，工程師，長期從事常規(guī)島工藝調(diào)試工作。