压水堆核电机组供热蒸汽转换系统技术浅析_钦书丽.pdf
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1、69压水堆核电机组供热蒸汽转换系统技术浅析钦书丽 邓科 王强东方电气集团东方锅炉股份有限公司,成都 611731摘要:利用压水堆核电站二回路蒸汽热源与工业供水的换热,获得工业用蒸汽,实现核电站对外供应工业蒸汽的应用,蒸汽转换装置是供热系统实现工质热量交换的核心系统,其运行可靠性和换热性能的优劣对整个系统的安全性和经济性有重要影响。本文系统介绍了蒸汽转换系统的构成、工质流程、整体布置及关键换热设备结构设计特点。关键词:核电机组;核能供热;蒸汽转换系统;工业用蒸汽中图分类号:TK11.4文献标志码:A文章编号:1001-9006(2022)04-0069-05Technical Analysis
2、of PWR Nuclear Power Plant Steam Transfer SystemQIN Shuli,DENG Ke,WANG Qiang(Dongfang Boiler Group Co.,Ltd.,611731,Chengdu,China)Abstract:By using the steam heat source of the secondary circuit of PWR nuclear power plant and the heat transfer ofindustrial water supply,the industrial steam can be obt
3、ained,and the application of industrial steam supply to theexternal of nuclear power plant can be realized.In the nuclear heating system,the steam conversion system is the coresystem to transfer heat energy from secondary circuit steam to water and steam.Its operation reliability and heatexchange pe
4、rformance have an important impact on the safety and efficiency of the whole system.In this paper,thesystem structure,working fluid flow design,system layout and the key equipment in detail of the steam conversionsystem are introduced systematically.Key words:nuclear power plant unit;nuclear heating
5、;steam conversion system;industrial steam1收稿日期:2022-07-15作者简介:钦书丽(1981),女,本科,工程师。主要从事电站辅机的设计研发工作。我国能源结构以煤为主,燃烧化石能源带来的日益严峻的大气环境问题已成为社会关注的重点。目前,众多生产制造行业对高温高压蒸汽存在稳定的需求,如炼油厂、制药厂、炼铁厂以及造纸厂等高能耗企业,这些行业以自备热电厂和锅炉房的形式,以煤炭为主要燃料生产需要的工业蒸汽。而燃煤排放物粉尘、硫化物、氮氧化物以及二氧化碳是造成大气污染、雾霾和温室效应的主要原因。从当前技术水平看,核能是一种清洁、无空气污染的能源,而且其应用
6、技术比较成熟,同时相较于水电、光电、风电,具有无间歇性、受自然条件约束少等优点,是可以大规模替代化石能源的清洁能源。以压水堆核电为例,产生的压力 6.02 MPa,温度 275.8 的高温高压蒸汽,除了用于发电,还可以通过供热系统,在物理隔离二回路介质并保证安全性的同时产生城市供热所需的蒸汽或热水、化工园区工业蒸汽1等,具有巨大潜力。利用核能供热虽已在国际上有成熟应用,但在我国仍处于起步阶段。随着我国核电机组数量的日益增加以及核能应用技术的不断发展,核能的多途径应用也已经较为成熟,目前国内外已有多个由核电机组为区域居民供热的案例,但是我国尚无核电站对外供应工业蒸汽的应用。本文通过对蒸汽转换系统
7、2的设计研究,以压水堆核电机组为依托,利用二回路主蒸汽经工业蒸汽生产装置与工业供水的换热,获得工业蒸汽,通过蒸汽管网输送至用户,实现核电站对外供应清洁工业蒸汽的应用,开拓核能综合利用新途径,能够DOI:10.13661/ki.issn1001-9006.2022.04.01270提高核电厂热能的综合利用,同时对响应国家政策,带动核能产业多元化应用起到很好的示范作用。1蒸汽转换系统流程蒸汽转换系统主要流程为来自常规岛主蒸汽系统的主蒸汽与来自除盐水系统的除盐水换热产生高温蒸汽输送至工业蒸汽用户,具体流程如图 1所示。图 1 蒸汽转换系统流程示意图在整个系统流程中,来自常规岛主蒸汽系统的高压主蒸汽走
8、管侧,来自除盐水系统的除盐水走壳侧。1.1 管侧流程由常规岛主蒸汽系统抽取部分主蒸汽通过主蒸汽管道接至蒸汽转换系统,经过过热器、蒸发器、预热器管侧流程在各设备内释放传递热量后变为凝结水,凝结水最终回收到常规岛凝结水系统。1.2 管侧控制说明过热器出口,蒸发器入口前设有调节阀,通过调节主蒸汽流量以匹配供汽需求。主蒸汽在蒸发器中释放热量后转变为凝结水,出口为过冷凝结水。蒸发器内部有凝结水缓存空间,蒸发器出口设置调节阀,控制凝结水水位。凝结水再依次经二级预热器、一级预热器预热给水后降至 5060 返回常规岛凝汽器。1.3 壳侧流程来自除盐水系统的常温除盐水由一级给水泵升压后经一级预热器加热后送入除氧
9、器中除氧,再由二级给水泵升压后经二级给水预热器加热至接近饱和水送入蒸汽发生器,在蒸发器中发生相变,变为饱和蒸汽,经过蒸发器出口的汽水分离装置,饱和蒸汽进入过热器吸收主蒸汽释放的热量并转变为工业蒸汽,然后进入管网提供工业用户。1.4 壳侧控制说明除盐水经一级预热器预热后进入除氧器,除氧器定压运行,除氧器出水温度为运行压力下的饱和温度,加热蒸汽管道上设有调节阀,以产生的工业蒸汽为加热源。除氧水经二级给水泵升压后送入二级预热器预热,然后进入蒸发器。蒸发器入口设置流量调节阀,保证蒸发器水位。一级预热器和二级预热器为满水位运行,过热器无水位运行,蒸发器和除氧器按照设定的水位运行。蒸发器和除氧器上装有水位
10、自动控制装置,蒸发器水位由对应的给水管道上的给水调节阀控制,除氧器水位由除氧器水位调节阀控制。2蒸汽转换系统设备结构设计特点蒸汽转换系统可根据供汽规模设置多套蒸汽转换设备并联布置,每套蒸汽转换系统的配置包括:1 台一级预热器、1 台二级预热器、1 台蒸发器、1台过热器以及系统内部所需的阀门和仪表控制装置,并设置 1 台共用除氧器,对蒸汽转换设备给水进行除氧,设置 1 台共用排污扩容器,收集各蒸发器的排污水并进行减温减压。2.1 一级预热器一级预热器布置在管侧热流体换热的末端,利用二级预热器管侧疏水的余热对常温除盐水进行加热,将除盐水加热至预设温度。一级预热器管侧介质进出口温差为 108,壳侧进
11、出口温差为 120,进出口温差比较大,同时,由于冷流体(除盐水)的出口温度高于热流体(主蒸汽凝结水)的出口温度,如果选用普通的 U 形管换热器,管板热应力大,影响管板和换热管的使用寿命。此外,选用普通的两管程单壳程的 U 形管换热器还会导致温度交叉,传热效果差。为了解决这一问题,一级预热器设备有两种比较成熟可靠的结构设计方案可供选择:两台重叠串联的两管程两壳程 BFU 型换热器3或者发夹式换热器4。2.1.1 两台重叠 BFU 型预热器BFU 型换热器,带有纵向大隔板,避免温度交叉,相当于全逆流换热,采用两台串联布置,分两71步加热除盐水,使两台设备的温度梯度相当,可降低设备的温差应力,最终选
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