核电汽轮机通流能力分析及优化

核电汽轮机通流能力分析及优化

发表时间：2019-12-02T14:53:32.820Z 来源：《当代电力文化》2019年11期作者：兰苏凡符礼游张志勇

[导读] 中国许多核电厂都存在涡轮机开度小的现象，这导致节流损失的增加。

摘要：中国许多核电厂都存在涡轮机开度小的现象，这导致节流损失的增加。根据压水堆核电站的主要蒸汽压力运行特性和实际运行数据，分析了造成这种现象的原因，并提出了解决方案。通过准确地设计阀前压力并优化涡轮流量，可以减少节流损失，增加单位输出，并进一步提高核电站的发电效率。

关键词：核电；汽轮机；通流能力；效率

引言

秦山300MW核电站一期工程自1991年成功投运以来，我国核电汽轮机的设计和开发已经走过了20多年的历程。随着我国核电站比重的逐步提高，单机容量的不断增加，如何更有效地运行，提高核电站的发电效率是一个需要关注的问题。国内核电站基本上采用恒压节流运行，从已投运的机组开始。从运行数据来看，汽轮机普遍存在小开度、大节流损失的现象，这引起了人们对汽轮机流量设计的重视。本文将对此进行分析和计算，为提高核电站的运行效率提供依据。

1运行特点

对于压水堆核电站，蒸汽发生器的热平衡方程为：P \u003d KF（TA VG TSG）

其中：P是蒸汽发生器产生的热能； K和F是蒸汽发生器的传热系数和传热面积； TA VG是反应堆冷却剂的平均温度； TSG是蒸汽发生器中的蒸汽温度。从该方程式可以看出，蒸汽温度TSG越低，热功率P越大。图1显示了大亚湾核电站蒸汽发生器的典型温度。

由于蒸汽发生器的出口为饱和蒸汽，因此蒸汽温度对应于压力，因此，新蒸汽的压力会随着热能的增加而降低，如图2所示，并且根据蒸汽轮机原理，当流量为常数，阶段为压力随着负载的增加而增加，这与蒸汽发生器的压力特性相反。

在低负荷工况下，火力发电机组可以降低主蒸汽压力，采用滑动压力操作，即脚跟机，或在汽轮机的高压部分设置调节级，并增加进气量。减少负荷时，通过改变流通面积来提高压力。对于炉子以及对于核动力装置，为了满足蒸汽发生器的负载特性，入口压力处于机器和堆的操作模式下。同时，由于核电机组主要承担基本负荷，为了提高设计工况的流量效率，核电涡轮一般采用无调节级设计，机组采用节流调节运行。此时，涡轮级前压力P1与主节流阀前压力P0的匹配程度将直接影响高压缸的效率和涡轮的性能。

2已投入运行的核电厂的主要蒸汽压力偏差

作者跟踪了几台300MW和1000MW核电机组的运行参数。发现在额定流量下，主蒸汽阀前的蒸汽压力比设计值高2％至5％。初步分析认为，主要原因如下：

（1）核岛反应堆和蒸汽发生器有一定的余量。在设计蒸汽发生器的传热面积时，有必要考虑不确定因素，例如，在操作的后期，热交换管的损坏和外壁的结垢。因此，设计堵塞率为10％。选择结垢系数作为经验值。新装置投入运行时，堵塞率和结垢系数远小于设计值，因此达到额定流量所需的热负荷小于设计值，主蒸汽压力升高。

（2）管道压力损失偏离设计值。蒸汽发生器出口到蒸汽轮机主蒸汽阀前面的主蒸汽管道，包括直管段和一系列阀和弯头。设计压力损

失是根据经验公式计算的，一般考虑工程余量。测得的压力损失小于设计值。当蒸汽发生器的出口压力与设计值相同时，蒸汽轮机主阀前面的压力过高。

与火力发电装置不同，核动力装置通过控制蒸汽发生器的出口压力来确保核岛反应堆的负荷不超过极限。上述压力偏差将导致蒸汽轮机的开度小于设计值。

3汽轮机流量变化对效率的影响

为了确保核动力单元在其生命周期内的全部输出，在蒸汽发生器，涡轮机流道叶片，主蒸汽管和其他组件的设计中考虑了裕度，导致主蒸汽压力高于设计值新机组投入运行时，核电采用节流调节，高压蒸汽未被充分利用。

随着中国商业核电机组的不断增加，核电容量的比重也在稳步增加。必须进一步提高核电站的运行效率。可以根据已经投入运行的核电厂的实际运行参数，适当降低每个链路的设计裕度。选择更合理的涡轮机流通面积，以减少实际运行中阀门的压力损失，提高核电站的发电效率。

5措施

（1）核电厂的设计寿命应为30年甚至60年。许多参数考虑了整个寿命的余量，因此，在调试的初始阶段，对于常规岛式蒸汽轮机，会出现蒸汽发生器出口压力高的现象。在某种程度上，尤其是与流通能力相关的高压前级叶片可以根据5至10年的运行周期进行优化。中国第一座1000兆瓦核电机组已在大亚湾电站投入运行20多年。它已经积累了大量的运行数据，包括蒸汽发生器的出口压力和热负荷。它可以根据操作数据的变化对操作数据进行分类和汇总。这种情况将设备的整个生命周期划分为多个运行周期，例如0到5年，5到10年等，并使用运行前的数据作为蒸汽轮机的设计参数。当发电厂投入运行超过一定时间时，蒸汽发生器的出口压力下降，这与蒸汽轮机的蒸汽入口容量不匹配。这时，可以通过较小的流量范围进行修改，例如在高压前更换2-3级叶片，或者修复研磨叶片高度，改变喉部宽度等，增加流量蒸汽轮机的运行，可以在调试初期极大地释放核动力装置的输出潜力，并且电厂投资并未显著增加。

（2）核动力装置具有建设投资大，运行成本低的特点。应将其用作电网中的基本负载。它不适用于峰值和频率调制功能。根据当前的电力行业标准，所有设备都必须具有调频功能。核动力涡轮机必须满足要求。对于一种调频要求，所有闸门在额定负载下仍具有一定的节流度，相当于压力损失的2％至3％，对经济性有很大影响。有关电力部门可以根据电网容量和运行特性适当减少核电。单元的削峰和调频的要求。

结束语

本文分析了压水堆核电汽轮机流量设计中需要考虑的因素，比较了实际运行下的参数偏差，得出了调节阀开度小，节流损失大的原因。实际运行，并计算出不同流量对机组效率的影响。为此，本文提出了几种优化方案，包括：根据电厂实际运行数据，对管道设计压力损失进行修正，对汽轮机通流叶片进行5-10年的精确设计。降低了核电机组的频率调节要求。这些措施只有在核电所有者，汽轮机制造商和电网公司达成共识后才能得到有效推广。希望各方共同努力，进一步提高中国核电机组的运行效率。

参考文献：

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