不同工程GPRl000核電機(jī)紐的

額定功率估算值

  Estimated Values of Rated Power for CPR 1000 Nuclear Power Units in Different Projects

崔紹章，柯  嚴(yán)，徐大懋

 (深圳中廣核工程設(shè)計(jì)公司，廣東深圳  519029)

        摘  要：針對(duì)百萬千瓦級(jí)壓水堆CPRl000核電機(jī)組，在假設(shè)核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)額定熱功率  (2 905MW)保持不變的條件下，根據(jù)國內(nèi)外機(jī)組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)和計(jì)算，給出當(dāng)電站建造地點(diǎn)不同  和凝汽冷卻方式不同時(shí)，核電機(jī)組額定功率估算值范圍。
        關(guān)鍵詞：核電機(jī)組；CPRl000；額定功率；估算值
        Abstract：On the assumption that rated thermal power Ofnuclear steam supply system keepsconstant(2905MW)，the rated power range Of CPR l000 nuclear power units are estimated when theconstruction sites Of plant and the modes Of the circulating cooling water system are varied，according tOthe calculation and summary of the experiential data of the actual nuclear power plants．
        Keywords：Nuclear power umt；CPR l000； Rated power； Estimated value
        CPRl000足中廣核集團(tuán)在引進(jìn)法國百萬千瓦機(jī)組的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)而形成的大型商用壓水堆  “二代加改進(jìn)”的核電機(jī)型，其參考電站大亞灣與嶺澳一期機(jī)組安全運(yùn)行指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
        根據(jù)國家核電發(fā)展規(guī)劃，到2020年我國核電  投產(chǎn)機(jī)組裝機(jī)容量將達(dá)4000萬kW，日前一批核電項(xiàng)目的前期工作正在全面推進(jìn)。由于地域條件不同，機(jī)組的冷卻供水方式有直流冷卻和二次循環(huán)冷  卻之分，采用CPRl000技術(shù)項(xiàng)目的機(jī)組功率也會(huì)各有不同，而額定功率值的選取對(duì)項(xiàng)目的單位千瓦  造價(jià)和設(shè)備訂貨技術(shù)規(guī)范的影響很大，于是項(xiàng)目評(píng)審過程中額定功率值常常成為爭論熱點(diǎn)。
        本文在假設(shè)核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)(NSSS：Nuclear  Steam Supply System)額定熱功率不變的條件下，通過國內(nèi)外機(jī)組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和計(jì)算，給出不同廠址水溫條件下，直流供水／二次循環(huán)、半速機(jī)／全速機(jī)的機(jī)組額定功率估算值范圍，供CPRl000項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告、設(shè)備技術(shù)規(guī)范書和項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的評(píng)審做參考。

1  核電機(jī)組的額定功率

        核電機(jī)組額定功率的定義不同于火電機(jī)組，尤其在早期引進(jìn)核電機(jī)組時(shí)，該定義常常被作為需要澄清的主要問題之一。隨著國家多個(gè)核電機(jī)組引進(jìn)與建設(shè)完成，核電機(jī)組額定功率的定義已經(jīng)基本趨于一致。核電機(jī)組的額定功率足汽輪機(jī)機(jī)組的最大連續(xù)出力(TMCR)，也就是在額定主蒸汽參數(shù)和考慮午平均水溫等因素確定的背壓(設(shè)計(jì)背壓)以及補(bǔ)給水率為0的情況下，制造廠能保證在壽命期內(nèi)安全連續(xù)地在額定功率因子、額定氫壓(氫冷發(fā)電機(jī))下發(fā)電機(jī)端的功率。而常規(guī)火電機(jī)組額定功率通常指在額定的主蒸汽及再熱蒸汽參數(shù)、背壓11．8kPa絕對(duì)壓力、補(bǔ)給水率3％以及回?zé)嵯到y(tǒng)正常投入等條件下發(fā)電機(jī)端輸出的功率［1］。
        核電機(jī)組夏季工況時(shí)，冷卻水溫大于年平均水溫，凝汽器運(yùn)行背壓高于設(shè)計(jì)背壓，機(jī)組出力不能達(dá)到額定功率。核電機(jī)組冬季工況時(shí)，冷卻水溫低，凝汽器運(yùn)行背壓低于設(shè)計(jì)背壓，機(jī)組出力大于額定功率。但在北方寒冷地域，需要考察凝汽器運(yùn)行是否低于極限背壓，汽輪機(jī)出力可能不但沒有增加，反而下降。隨季節(jié)冷卻水溫的變化，機(jī)組“微增出力”的變化主要由于汽輪機(jī)末級(jí)有效焓降和余速損失的變化引起，額定工況和夏、冬季工況不同背壓下低壓缸末級(jí)葉片膨脹線示意見圖1。Pr,P1,P2和Hr,H1,H2分別是額定工況、夏季工況、冬季工況的凝汽器壓力與末級(jí)葉片有效焓降［2］。同樣，地域不同的核電項(xiàng)目，假定選用同一個(gè)汽輪機(jī)，則額定工況點(diǎn)通常會(huì)因設(shè)計(jì)水溫降低而設(shè)計(jì)背壓降低，汽機(jī)額定出力增加；反之，隨設(shè)計(jì)水溫升高而設(shè)計(jì)背壓升高，汽機(jī)額定出力減少。

2 核電機(jī)組額定功率估算假設(shè)

       普通壓水堆核電機(jī)組系統(tǒng)分為3個(gè)回路。核電  機(jī)組電功率由二回路的汽輪發(fā)電機(jī)端輸出，而額定功率的大小也與一回路提供的“熱源”參數(shù)、三回路提供的“冷源“參數(shù)相關(guān)。
        CPRl000核電機(jī)組額定功率估算的一回  路“熱源”參數(shù)的假設(shè)條件足NSSS額定熱功率  為2905MW。CPRl000方案核島部分在引進(jìn)的Framatome M 310堆型技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了若干項(xiàng)重要技術(shù)改進(jìn)，但NSSS額定熱功率不會(huì)因項(xiàng)目建造地點(diǎn)變化和水文氣象條件不同而發(fā)生明顯的改變。也就是不同的CPRl000核電工程核島蒸汽發(fā)生器一回路側(cè)出口和二回路側(cè)進(jìn)口的額定工況參數(shù)基本保持不變；但項(xiàng)目建造地點(diǎn)的變化和水文氣象環(huán)境不同時(shí)，卻會(huì)影響汽輪機(jī)選型和凝汽冷卻方式的選擇以及設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，這些都會(huì)直接影響核電機(jī)組額定功率的估算值。
        核島NSSS額定熱功率和二回路主蒸汽額定參數(shù)一定的條件下，核電汽輪機(jī)機(jī)組額定出力主要由  汽輪機(jī)主機(jī)、本體熱力系統(tǒng)和凝汽器設(shè)計(jì)背壓等因素決定。每個(gè)汽輪機(jī)廠家都有自己汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)  傳統(tǒng)與型號(hào)系列，技術(shù)水平有所不同，因此對(duì)核電機(jī)組額定功率估算值是個(gè)范圍，上限代表先進(jìn)水平，下限代表機(jī)組平均水平。還有，額定功率估算還考慮了“半速機(jī)”和“全速機(jī)”的區(qū)別。
        核電廠廠址條件不同，三回路的“冷源”參數(shù)截然不同，對(duì)CPRl000機(jī)組額定功率的大小影響顯著。直流供水方式，冷卻水年平均進(jìn)口水溫為該供水方式設(shè)計(jì)水溫；二次循環(huán)供水方式，冷卻塔出水年平均溫度為該供水方式設(shè)計(jì)水溫，受當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣干球溫度和相對(duì)濕度影響很大，在機(jī)組額定功率估算時(shí)，選擇當(dāng)?shù)乩鋮s塔補(bǔ)給水年平均水溫作為估算輸入更為直觀方便。

3  CPRl000核電機(jī)組額定功率估算

        CPRl000核電機(jī)組額定功率的估算，主要通過國內(nèi)外機(jī)組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和簡單計(jì)算，假設(shè)NSSS額定熱功率不變的條件下，電站廠址條件不同，采用冷卻方式不同，給出半速機(jī)／全速機(jī)機(jī)組額定功率范圍。半速機(jī)的直流供水方式經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考了廣東嶺澳二期和遼寧紅沿河在建工程多家投標(biāo)廠家技術(shù)文件；而對(duì)于二次循環(huán)冷卻塔冷卻方式，我國還缺少核電站的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，額定功率的估算主要參考火電機(jī)組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于計(jì)算依據(jù)是合理的匹配，不一定是最佳匹配，和詳細(xì)的計(jì)算相比，可能有1％的偏差。

       圖2給出了CPRl000核電機(jī)組額定功率直觀的查找圖。橫坐標(biāo)由當(dāng)?shù)仄骄疁嘏c背壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的雙坐標(biāo)線組成，下面的雙橫坐標(biāo)表示直流供水冷卻，上面的雙橫坐標(biāo)表示二次循環(huán)供水冷卻，縱坐標(biāo)表示機(jī)組的額定出力。核電汽輪機(jī)機(jī)組額定功率主要由凝汽器設(shè)計(jì)壓力決定，不管直流供水方式，還是二次循環(huán)供水方式，直接影響的是凝汽器設(shè)計(jì)壓力，而對(duì)凝汽器壓力與機(jī)組出力之間的關(guān)系影響不大。相同廠址的平均水溫條件下，直流供水的凝汽器設(shè)計(jì)背壓低于二次循環(huán)供水的凝汽器設(shè)計(jì)背壓，相應(yīng)的直流供水機(jī)組額定功率高于二次循環(huán)供水機(jī)組，而先進(jìn)機(jī)組功率上限水平與平均水平差約15MW。圖2的方便之處在于，根據(jù)具體廠址的年平均水溫，查出包括直流供水方式和二次循環(huán)冷卻方式的汽輪機(jī)凝汽器設(shè)計(jì)背壓，找到對(duì)應(yīng)機(jī)組額定功率范圍，為工程設(shè)計(jì)人員提供參考。
        早期核電機(jī)組容量較小，多采用全速機(jī)組，百萬千瓦以上核電機(jī)組多采用半轉(zhuǎn)速機(jī)組。而目前全速機(jī)組額定功率的先進(jìn)水平已經(jīng)大于大亞灣和嶺澳一期核電機(jī)組的水平，其末級(jí)葉片的長度在1．2m左右。

4 工程應(yīng)用

        目前在建的CPRl000核電項(xiàng)目皆屬于半速機(jī)濱海電廠，機(jī)組凝汽冷卻方式也都采用直流供水方式。以新建的CPRl000寧德核電一期項(xiàng)目為例，工程采用半速機(jī)和直流供水方式，冷卻進(jìn)水年平均水溫為21℃，由圖2可以查出，設(shè)計(jì)背壓參考值為0．05bar，額定功率范圍l 081～l 096MW。寧德汽輪機(jī)供應(yīng)商提供TMCR工況，設(shè)計(jì)背壓0．051bar，額定功率為1 089MW，機(jī)組額定功率接近上限水平。
        隨著核電行業(yè)迅速發(fā)展，核電建設(shè)一定會(huì)從沿海走向內(nèi)陸，建設(shè)CPRl000內(nèi)陸核電廠是必然趨勢。根據(jù)核電機(jī)組的特點(diǎn)與環(huán)境要求，內(nèi)陸核電廠普遍采用二次循環(huán)供水冷卻塔冷卻方式。這里以正在籌建的廣東西江內(nèi)陸核電項(xiàng)目為例，項(xiàng)目方案包括采用CPRl000半速機(jī)二次循環(huán)冷卻塔冷卻方案，該地區(qū)冷卻塔補(bǔ)給水年平均水溫為22．3℃，由圖2可以查出，設(shè)計(jì)背壓參考值為0．062bar，額定功率參考范圍為l 061一l 076MW。當(dāng)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算時(shí)，根據(jù)廣東西江廠址氣象資料提供的月平均干球溫度、相對(duì)濕度和大氣壓力，假設(shè)采用嶺澳二期相同型號(hào)汽輪機(jī)，一機(jī)兩塔冷卻方式、單個(gè)冷卻塔冷卻面積12000M２和冷卻水循環(huán)倍率取70，計(jì)算出二次循環(huán)水冷卻塔出水年平均水溫為27℃。優(yōu)化后的凝汽器設(shè)計(jì)壓力在0．063bar，額定功率約為1071MW，接近機(jī)組額定功率估算的上限。
        由上面兩個(gè)具體工程示例，說明本文給出的CPRl000機(jī)組額定功率的估算范圍合理，而且由于目前CPRl000項(xiàng)目多采用的足先進(jìn)水平汽輪機(jī)機(jī)組，因此，機(jī)組額定功率接近估算的上限水平。表1給出了目前全國范圍內(nèi)CPRl000典型核電項(xiàng)目機(jī)組額定功率的估算值范圍。

5 結(jié)束語

        (1)針對(duì)中廣核集團(tuán)發(fā)展百萬千瓦級(jí)壓水堆CPRl000核電機(jī)組，  在假設(shè)NSSS熱功率2905MW的條件下，根據(jù)目前核電和火電的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)和計(jì)算，給出了半速機(jī)／全速機(jī)采用直流供水方式時(shí)冷卻水進(jìn)水年平均水溫與額定功率的估算范圍和采用二次循環(huán)供水方式時(shí)冷卻塔補(bǔ)給水年平均水溫與額定功率的估算范圍的關(guān)系曲線。

        (2)利用福建寧德一期工程直流供水機(jī)組和內(nèi)陸核電廠廣東西江工程二次循環(huán)供水機(jī)組為工程實(shí)例，說明了額定功率估算范圍的合理性，并給出了目前全國范圍內(nèi)CPRl000典型核電項(xiàng)目機(jī)組額定功率估算范圍列表，供核電項(xiàng)目評(píng)審和工程設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)

        [1]中華人民共和國電力工業(yè)部．進(jìn)口大容量火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)談判指南，1996．北京