“華龍一號”核電汽輪發電機組非核沖轉方案優化研究

孔海波 許福南

摘 要：核電機組在熱態功能試驗期間，大部分在帶核運行前都會執行汽輪發電機組非核蒸汽沖轉試驗，以驗證汽輪發電機組的制造、安裝質量。根據“華龍一號”核電的汽輪發電機組的技術特點，為了維持汽輪發電機組在額定轉速的持續時間，分析并提出優化措施，并指導推廣至其它核電機組的汽輪發電機非核蒸汽沖轉試驗中。

關鍵詞：核電;汽輪發電機;沖轉;優化

1、引言

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

2、汽輪發電機非核蒸汽沖轉方案優化分析

為了實現延長汽輪發電機停留在額定轉速平臺的時間，總體的優化思路主要有以下幾個方向。第一，提高用于汽輪發電機沖轉的蒸汽儲量;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。

提高汽輪發電機的蒸汽儲量主要的在于提高非核沖轉前蒸汽發生器的二次側的水量，提高沖轉期間的持續供汽的能力。提高熱源的能量儲量，在于提高核島一回路的持續供熱能力，為蒸汽發生器產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入蒸汽發生器的給水初參數，在產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生器產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、汽輪發電機非核蒸汽沖轉優化措施

為了使非核蒸汽沖轉時汽輪發電機維持在額定轉速的持續時間盡可能長，根據優化的方向分析，主要從以下幾方面采取優化措施。

（1）提高蒸汽發生器的初始水位，機組在熱態功能試驗期間，蒸汽發生器二次側的水位正常維持在0米，非核沖轉前將蒸汽發生器的水位提高至﹢0.9m，在沖轉期間，汽輪發電機升至暖機轉速390rpm，進行汽輪機暖機時，可加大給水補水量，將蒸汽發生器的水位重新補充回升至0.9米，并且汽輪發電機組從390rpm升至額定轉速1500rpm時，在確保一回路參數不超限制的前提下，盡量保證給水流量保持在較大流量，以減緩蒸汽發生器的水位下降的速率。另外，沖轉前隔離蒸汽發生器排污系統也可減少高溫飽和水的水量和熱能損失，對維持蒸汽發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，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持續時間的關鍵參數，要求小于56℃/h，如果溫降速率超過這一限值，將對設備和管道產生較大的熱應力，對一回路的設備壽命和安全運行產生較大的影響。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。控制一回路的能量儲備主要有以下方法，將穩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平臺暖機結束隔離下泄回路;上充流量需要適當加大控制，700rpm之前能將穩壓器液位控制在2.5米以上，之后逐漸關小補水流量，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，在非核沖轉期間，二回路水循環不具備建立條件，采用的是除氧器獨立制水，水質合格后，非核沖轉時給蒸汽發生提供合格給水。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，目的是為了進行熱力除氧。卡拉奇核電項目為了提高給水初始參數，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入蒸汽發生器的給水水溫，提前一天將除氧器制好的水打入蒸汽發生器，對高壓加熱器旁路管和主給水管內的初始溫度較低給水進行置換，確保非核沖轉時進入蒸汽發生器的給水初始參數更高。

（4）減少蒸汽的非做功損失。蒸汽發生器產生的蒸汽在進入汽輪發電機做功前和做功的中間過程產生的損失。主要在兩方面的優化措施，第一，汽輪機軸封系統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行預熱，蒸汽經過高壓缸做功后，減少通過汽水分離再熱器時產生的熱損。

（5）優化非核沖轉升速率設置，汽輪發電機正常啟機沖轉時升速率在熱應力不受限制的情況下，升速率設定值為300rpm/min，從暖機轉速390rpm升速至額定轉速1500rpm共需花3.7分鐘，升速率值越大，汽輪機沖轉時的汽耗率越高，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，不利于狀態控制，根據汽輪發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，將暖機轉速390rpm升速至額定轉速1500rpm延長至11.1分鐘，整個機組沖轉期間的運行參數更穩定，使額定轉速保持更長時間提供了保證。

5、結論

海外華龍一號的非核蒸汽沖轉在國內同型號的核電機組的非核沖轉中，進一步采取的優化措施，充分驗證了優化方案的可行性。在實際的沖轉過程中，采取優化措施后，汽輪發電機在額定轉速的維持時間持續了13分30秒左右，超越了國內同型號的華龍一號機組的持續時間。采取的優化措施也可對后續機組的非核沖轉提供優化思路。

參考文獻：

[1]陳興.1000MW汽輪發電機組非核蒸汽沖轉試驗方案優化的探索與實踐【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，長期從事常規島工藝調試工作。