淺談核電站常規島技術(shù)方案

摘　要　根據國內外有關(guān)核電設備制造廠(chǎng)所提供的資料，形成四類(lèi)可供我國將來(lái)核電站選擇的常規島技術(shù)方案，并對四類(lèi)技術(shù)方案進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞　核電站　常規島　技術(shù)方案　　核電站的設備選型和供貨商的選擇，應采用國際競爭性招標方式，在技術(shù)、經(jīng)濟、自主化、國產(chǎn)化等方面進(jìn)行深入分析比較，來(lái)選定供貨商和機型。國外制造商必須選擇國內設備制造廠(chǎng)作為合作伙伴，轉讓技術(shù)、合作生產(chǎn)，逐步全面實(shí)現自主化和設備國產(chǎn)化�！　〗�(jīng)初步研究，常規島部分可供選擇的國外主要設備潛在供貨商有：英法GEC-ALSTHOM公司、美國西屋公司、日本三菱公司、美國GE公司等。到目前為止，ALSTHOM公司已同中國東方集團公司進(jìn)行合作，形成一個(gè)聯(lián)合體；美國西屋公司已同上海核電設備成套集團公司合資，組成西屋-上海聯(lián)隊。其它公司到目前尚未進(jìn)行合作�！　「鶕嗀LSTHOM公司、西屋公司、三菱公司和GE公司等核電設備制造商所提供的資料，按照堆型的不同和一回路的不同，可以形成四類(lèi)技術(shù)方案：　　方案一——三環(huán)路改進(jìn)型壓水堆核電機組；　　方案二——ABB-CE的系統80(System 80)型壓水堆核電機組；　　方案三——日本三菱公司的四環(huán)路壓水堆核電機組；　　方案四——先進(jìn)型沸水堆(ABWR)核電機組�！　∠旅婢透黝�(lèi)技術(shù)方案分別進(jìn)行分析。1　三環(huán)路改進(jìn)型壓水堆核電機組　　此方案的一回路為標準的300 MW一個(gè)環(huán)路的三環(huán)路壓水堆。此類(lèi)方案包括中廣核集團公司提出的CGP1000、歐洲公司(包括EDF、FRAMATOME、GEC-ALSTHOM)推出的CNP 1000和西屋-上海聯(lián)隊推出的CPWR1000三種壓水堆核電機組。1.1　CGP1000與 CNP1000核電機組　　CGP 1000由中廣核集團提出，以大亞灣核電站為參考站，并借鑒美國西屋公司和ABB-CE公司的部分先進(jìn)的設計，有選擇地吸收了用戶(hù)要求文件(URD)的要求，形成以300 MW一條環(huán)路的CGP1000技術(shù)方案。常規島部分，汽輪發(fā)電機組選用ALSTHOM的Arabelle1000型汽輪發(fā)電機組�！　�CNP1000由歐洲制造商(EDF、FRAMA-TOME、ALSTHOM)根據法國核電計劃及大亞灣核電站、嶺澳核電站等工程的設計、制造、安裝、運行及維修中積累起來(lái)的經(jīng)驗推薦給中國的核電機組。常規島部分的汽輪發(fā)電機組也以Arabelle1000型汽輪發(fā)電機組作為推薦機組�！　∮捎贑GP1000和CNP1000的常規島部分的汽輪發(fā)電機組均為Arabelle1000型，所以實(shí)際上為同一類(lèi)核電機組�！　�ALSTHOM在總結54臺第1代汽輪發(fā)電機組的運行經(jīng)驗基礎上，組合出了Arabelle1000型汽輪發(fā)電機組，參考電站為Chooz B(2臺1 450 MW機組已分別于1996年7月11月投入運行)。1.1.1　Arabelle1000型汽輪發(fā)電機組的主要技術(shù)數據　　a)最大連續電功率：1 051 MW；　　b)轉速：1 500 r/min；　　c)機組效率：36.3%；　　d)末級葉片長(cháng)度：1 450 mm；　　e)排汽面積：76.8 m2；　　f)背壓：5.5 kPa；　　g)凝汽器冷卻面積：68 633 m2；　　h)發(fā)電機額定輸出功率：1 050 MW；　　i)發(fā)電機視在輸出功率：1 235 MVA；　　j)發(fā)電機額定功率因數：0.85；　　k)發(fā)電機額定端電壓：26 kV。1.1.2　Arabelle1000型汽輪發(fā)電機組的主要特點(diǎn)　　a)缸體結構：三缸四排汽(HP/IP 2×LP94)，汽輪機采用高中壓組合汽缸并直接和2個(gè)雙流低壓缸相連接，含有流向相反的高壓和中壓蒸汽流道。低壓缸為雙流式，低壓外缸體支承在冷凝器上面，不是直接裝在汽機基礎上，軸承座和內缸體直接座于汽機基礎上；　　b)由于末級葉片比較長(cháng)，具有較大的排汽面積，可使蒸汽膨脹過(guò)程加長(cháng)，減少余速損失，提高機組效率；　　c)由于蒸汽在高／中壓缸中膨脹過(guò)程是以干蒸汽單流方向進(jìn)行，另外，在高、中壓排汽口加裝抽汽擴散器以增加效率，所以，Arabelle1000型汽輪機的高中壓膨脹效率相對比較高；　　d)發(fā)電機采用水氫氫冷卻方式，勵磁系統采用無(wú)刷勵磁方式。1.2　CPWR1000核電機組　　CPWR1000由西屋-上海聯(lián)隊推出，由上海市核電辦公室牽頭，組織上海核工程研究設計院、華東電力設計院、西屋公司等單位聯(lián)合展開(kāi)CPWR1000概念設計工作，并于1997年6月份完成�！　�CPWR1000是建立在西屋公司成熟的、經(jīng)過(guò)設計、工程實(shí)踐驗證的技術(shù)上，以西班牙的Vandellos Ⅱ為參考電站(該電站已有50 000 h以上的高利用率的運行業(yè)績(jì))，結合西屋先進(jìn)型壓水堆機組(APWR1000)技術(shù)，并進(jìn)行適當改進(jìn)而來(lái)。1.2.1　CPWR1000汽輪發(fā)電機組主要技術(shù)數據　　a)汽輪機型式：?jiǎn)屋S、四缸、六排汽、凝汽式、二級再熱裝置；　　b)轉速：1 500 r/min；　　c)主蒸汽門(mén)前蒸汽壓力：6.764 MPa；　　d)主蒸汽門(mén)前蒸汽溫度：283.5 ℃；　　e)主蒸汽門(mén)前蒸汽流量：5 493.5 t/h；　　f)主蒸汽門(mén)前蒸汽濕度：0.25%；　　g)回熱抽汽級數：6級(1級高壓加熱器 1級除氧器 4級低壓加熱器)；　　h)給水溫度：223.9 ℃；　　i)平均冷卻水溫度：23.0 ℃；　　j)末級葉片長(cháng)度：1 250 mm；　　k)排汽壓力：5 kPa；　　l)凈熱耗率：9.788 kJ/(Wh)；　　m)機組最大保證功率：1 071.09 MW；　　n)發(fā)電機功率因數：0.9；　　o)短路比：0.5；　　p)冷卻方式：水氫氫；　　q)勵磁系統：靜態(tài)勵磁系統。1.2.2　APWR1000汽輪發(fā)電機組結構特點(diǎn)　　汽輪發(fā)電機組采用1個(gè)雙流式高壓汽缸及3個(gè)雙流式低壓汽缸串聯(lián)組合，汽輪機末級葉片長(cháng)度為1 250 mm，六排汽口，配置2臺一級汽水分離以及兩級蒸汽再熱的汽水分離再熱器。1.2.3　CPWR1000相對于Vandellos Ⅱ的主要改進(jìn)　　a)核電機組最大保證出力由982 MW改為1 071 MW；　　b)主汽門(mén)前蒸汽參數由6.44 MPa、280.2 ℃改為6.76 MPa、283.5 ℃；　　c)平均冷卻水溫度由17.8 ℃改為23 ℃；　　d)末級葉片長(cháng)度由1 117.6 mm改為1 250 mm；　　e)汽輪機旁路容量由40%額定汽量改為85%；　　f)汽輪機回熱系統由不設除氧器改為帶除氧器；　　g)發(fā)電機電壓擬由21 kV改為24 kV；　　h)凝汽器壓力由7 kPa改為5 kPa；　　i)汽輪機凈熱耗率由10.209 kJ/(Wh)降到9.788 kJ/(Wh)以下；　　j)加大凝結水精處理裝置容量；　　k)常規島儀表控制采用微機分散控制系統。2　ABB-CE的系統80(System80)型壓水堆核電機組　　此方案也是壓水堆機組，較三環(huán)路方案不同之處是核島部分為雙蒸發(fā)器，由美國燃燒工程公司(ABB-CE)開(kāi)發(fā)而成。此方案也為韓國核電國產(chǎn)化方案，核島部分為ABB-CE的系統80反應堆，相匹配的常規島部分為美國GE公司的汽輪發(fā)電機組。參考電站為韓國靈光3、4機組�！　§`光3、4機組經(jīng)過(guò)2～3 a的運行，設備運行狀況良好�！　∧壳坝捎谶�沒(méi)有收集到GE公司關(guān)于靈光3、4機組常規島部分的詳細資料，汽輪發(fā)電機組的技術(shù)參數、型式、內部結構及熱力系統等還暫時(shí)不能描述。3　日本三菱公司的四環(huán)路壓水堆核電機組　　此方案亦屬成熟技術(shù)的壓水堆機組，其技術(shù)的先進(jìn)性與安全水平與三環(huán)路和雙蒸發(fā)器方案相當。日本三菱公司推薦的四環(huán)路壓水堆核電機組方案，是以日本大飯3、4機組作為參考電站�！　〈箫�3、4機組采用了美國西屋公司的Model 412的標準設計，與大飯1、2號機組完全一致(大飯1、2號機組均為西屋公司設備)，是一個(gè)技術(shù)成熟的、有豐富運行經(jīng)驗的機組。大飯3、4號機組已分別于1991年和1992年投入商業(yè)運行。3.1　三菱公司提供的汽輪發(fā)電機組的主要技術(shù)數據　　a)發(fā)電機端額定出力：1 036 MW；　　b)汽輪機型式：TC6F-44；　　c)轉速：1 500 r/min；　　d)主汽門(mén)前蒸汽參數：壓力6.30 MPa(絕對壓力)，溫度279.6 ℃，濕度0.43%，額定出力時(shí)蒸汽流量5 844.129 t/h；　　e)給水溫度：226.7 ℃；　　f)凝汽器壓力：5.07 kPa(絕對壓力)；　　g)低壓缸總的排汽面積：71 m2；　　h)發(fā)電機冷卻方式：水氫氫；　　i)勵磁方式：無(wú)刷勵磁。3.2　機組的主要特點(diǎn)3.2.1　熱力系統　　熱力系統為壓水堆機組典型的熱力系統，MSR再熱為兩級。汽輪機為1個(gè)高壓缸和3個(gè)低壓缸�；責嵯到y為1級高壓加熱器 1級除氧器 4級低壓回熱器。3.2.2　廠(chǎng)房布置　　機組布置為平行式，即反應堆的軸線(xiàn)與汽輪發(fā)電機組的軸線(xiàn)平行，這樣的布置比較緊湊，汽機房體積小，行車(chē)可以共用，電纜長(cháng)度短，機組之間的交通方便，只需要在汽機房墻的設計上考慮葉片飛射物的保護厚度即可。4　先進(jìn)型沸水堆(ABWR)核電機組　　此方案為美國通用電氣公司(GE)推出的先進(jìn)型沸水堆(ABWR)核電機組，能滿(mǎn)足用戶(hù)要求文件(URD)。以日本東京電力公司的柏崎6、7號機組作為參考電站�！　“仄�6、7號機組是目前世界上唯一獲得美、日兩國設計批準的、已建成并投入商業(yè)運行的改進(jìn)型沸水堆核電機組。反應堆和汽輪發(fā)電機組均由美國通用電氣公司生產(chǎn)，柏崎6號機是世界上第1個(gè)ABWR機組，于1991年9月開(kāi)始建設，1996年11月竣工投入商業(yè)運行�！　》兴�堆核電機組是以美國通用電氣公司(GE)為主進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。1957年首臺沸水堆核電機組投入運行，其后，經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)，從BWR-1到BWR-6，最后到ABWR。4.1　ABWR汽輪發(fā)電機組主要技術(shù)數據　　a)額定功率：1 350 MW；　　b)汽輪機型式：TC6F-52；　　c)汽缸結構：四缸六排汽(1HP 3LP)；　　d)主汽門(mén)前主蒸汽壓力：6.79 MPa；　　e)主汽門(mén)前主蒸汽流量：7 640 t/h；　　f)主汽門(mén)前主蒸汽濕度：0.4%；　　g)低壓缸末級葉片長(cháng)度：1 320.88 mm；　　h)回熱系統：4級低壓加熱器 2級高壓加熱器(無(wú)除氧器)。4.2　ABWR核電機組的主要特點(diǎn)4.2.1　熱力系統　　熱力系統為直接循環(huán)系統，冷卻劑直接作為汽輪機的工質(zhì)，將PWR核電機組中的一回路和二回路并為1個(gè)回路�！　�ABWR和PWR的汽輪機回熱抽汽系統沒(méi)有什么兩樣，其參數相似，ABWR主蒸汽壓力略高于PWR，MSR的再熱采用兩級，以提高熱效率，4級低加、2級高加，不設除氧器。加熱器的疏水泵將疏水打入前級凝結水管。4.2.2　廠(chǎng)房布置　由于A(yíng)BWR是反應堆核蒸汽直接通到汽輪機，因此汽機廠(chǎng)房需要考慮防放射性的措施，汽機高壓缸、MSR、高壓加熱器均用屏蔽墻隔離，運行期間人員不能進(jìn)入。汽輪機的抽汽機排汽需經(jīng)過(guò)過(guò)濾排入排汽筒，整個(gè)汽機車(chē)間是閉式通風(fēng)系統。主蒸汽通過(guò)的安全殼兩側都有開(kāi)關(guān)隔離閥。ABWR在正常運轉時(shí)，如核燃料包殼不破損，主蒸汽攜帶放射性核元素主要是N16，N16的半衰期僅7 s。新蒸汽部分，即高壓缸部分、MSR、高壓加熱器部分是帶放射性的，需要屏蔽，而低壓缸、凝結水部分是不帶放射性的，不做特殊屏蔽。5　結束語(yǔ)　　以上四類(lèi)技術(shù)方案的核電機組均是目前世界上技術(shù)比較先進(jìn)和成熟的機組，其參考電站均有良好的運行業(yè)績(jì)，四類(lèi)方案都是可以供我國將來(lái)核電站選擇的常規島技術(shù)方案。論文出處(作者):
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