淺析核電站常規(guī)島技術(shù)方案2

1、淺析核電站常規(guī)島技術(shù)方案2摘要根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)核電設(shè)備制造廠所提供的資料，形成四類可供我國將來核電站選擇的常規(guī)島技術(shù)方案，并對四類技術(shù)方案進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞核電站常規(guī)島技術(shù)方案核電站的設(shè)備選型和供貨商的選擇，應(yīng)采用國際競爭性招標(biāo)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，來選定供貨商和機型。國外制造商必須選擇國內(nèi)設(shè)備制造廠作為合作伙伴，轉(zhuǎn)讓技術(shù)、合作生產(chǎn)，逐步全面實現(xiàn)自主化和設(shè)備國產(chǎn)化。經(jīng)初步研究，常規(guī)島部分可供選擇的國外主要設(shè)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(tuán)公司進(jìn)行合作，形成

2、一個聯(lián)合體；美國西屋公司已同上海核電設(shè)備成套集團(tuán)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。根據(jù)ALSTHOM公司、西屋公司、三菱公司和GE公司等核電設(shè)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(tǒng)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。下面就各類技術(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(biāo)準(zhǔn)的300 MW一個環(huán)路的三環(huán)路壓水堆。此類方案包括中廣核集團(tuán)公司提出的CGP1000、歐洲公司(

3、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。1.1CGP1000與 CNP1000核電機組CGP 1000由中廣核集團(tuán)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(shè)計，有選擇地吸收了用戶要求文件(URD)的要求，形成以300 MW一條環(huán)路的CGP1000技術(shù)方案。常規(guī)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(jù)法國核電計劃及大亞灣核電站、嶺澳核電站等工程的設(shè)

4、計、制造、安裝、運行及維修中積累起來的經(jīng)驗推薦給中國的核電機組。常規(guī)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。由于CGP1000和CNP1000的常規(guī)島部分的汽輪發(fā)電機組均為Arabelle1000型，所以實際上為同一類核電機組。ALSTHOM在總結(jié)54臺第1代汽輪發(fā)電機組的運行經(jīng)驗基礎(chǔ)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)。1.1.1Arabelle1000型汽輪發(fā)電機組的主要技術(shù)數(shù)據(jù)a)最大連續(xù)電功率：1 051 MW；b)轉(zhuǎn)速：1 500 r/min；c

5、)機組效率：36.3%；d)末級葉片長度：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(shù)：0.85；k)發(fā)電機額定端電壓：26 kV。1.1.2Arabelle1000型汽輪發(fā)電機組的主要特點a)缸體結(jié)構(gòu)：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(chǔ)上，軸承座和內(nèi)缸

6、體直接座于汽機基礎(chǔ)上；b)由于末級葉片比較長，具有較大的排汽面積，可使蒸汽膨脹過程加長，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(tǒng)采用無刷勵磁方式。1.2CPWR1000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(shè)計院、華東電力設(shè)計院、西屋公司等單位聯(lián)合展開CPWR1000概念設(shè)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)過設(shè)

7、計、工程實踐驗證的技術(shù)上，以西班牙的Vandellos 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)，結(jié)合西屋先進(jìn)型壓水堆機組(APWR1000)技術(shù)，并進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)而來。1.2.1CPWR1000汽輪發(fā)電機組主要技術(shù)數(shù)據(jù)a)汽輪機型式：單軸、四缸、六排汽、凝汽式、二級再熱裝置；b)轉(zhuǎn)速：1 500 r/min；c)主蒸汽門前蒸汽壓力：6.764 MPa；d)主蒸汽門前蒸汽溫度：283.5 ；e)主蒸汽門前蒸汽流量：5 493.5 t/h；f)主蒸汽門前蒸汽濕度：0.25%；g)回?zé)岢槠墧?shù)：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

8、)平均冷卻水溫度：23.0 ；j)末級葉片長度：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(shù)：0.9；o)短路比：0.5；p)冷卻方式：水氫氫；q)勵磁系統(tǒng)：靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。1.2.2APWR1000汽輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)特點汽輪發(fā)電機組采用1個雙流式高壓汽缸及3個雙流式低壓汽缸串聯(lián)組合，汽輪機末級葉片長度為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。1.2.3CPWR1000相對于Vandellos 的主要改進(jìn)a)核電機組最大保證出力由982 MW改為1 0

9、71 MW；b)主汽門前蒸汽參數(shù)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?zé)嵯到y(tǒng)由不設(shè)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(jié)水精處理裝置容量；k)常規(guī)島儀表控制采用微機分散控制系統(tǒng)。2ABB-CE的系統(tǒng)80(System80)型壓水堆核電機組此方案也

10、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(tǒng)80反應(yīng)堆，相匹配的常規(guī)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。靈光3、4機組經(jīng)過23 a的運行，設(shè)備運行狀況良好。目前由于還沒有收集到GE公司關(guān)于靈光3、4機組常規(guī)島部分的詳細(xì)資料，汽輪發(fā)電機組的技術(shù)參數(shù)、型式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及熱力系統(tǒng)等還暫時不能描述。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(dāng)。日本三菱公司推薦的四環(huán)路壓水堆核電機組方案，

11、是以日本大飯3、4機組作為參考電站。大飯3、4機組采用了美國西屋公司的Model 412的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(shè)備)，是一個技術(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(shù)據(jù)a)發(fā)電機端額定出力：1 036 MW；b)汽輪機型式：TC6F-44；c)轉(zhuǎn)速：1 500 r/min；d)主汽門前蒸汽參數(shù)：壓力6.30 MPa(絕對壓力)，溫度279.6 ，濕度0.43%，額定出力時蒸汽流量5 844.129 t/h；e)給水溫度：226.7 ；f)凝汽器壓力：5.

12、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：無刷勵磁。3.2機組的主要特點3.2.1熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)為壓水堆機組典型的熱力系統(tǒng)，MSR再熱為兩級。汽輪機為1個高壓缸和3個低壓缸?；?zé)嵯到y(tǒng)為1級高壓加熱器+1級除氧器+4級低壓回?zé)崞鳌?.2.2廠房布置機組布置為平行式，即反應(yīng)堆的軸線與汽輪發(fā)電機組的軸線平行，這樣的布置比較緊湊，汽機房體積小，行車可以共用，電纜長度短，機組之間的交通方便，只需要在汽機房墻的設(shè)計上考慮葉片飛射物的保護(hù)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

13、電機組，能滿足用戶要求文件(URD)。以日本東京電力公司的柏崎6、7號機組作為參考電站。柏崎6、7號機組是目前世界上唯一獲得美、日兩國設(shè)計批準(zhǔn)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(yīng)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ABWR機組，于1991年9月開始建設(shè)，1996年11月竣工投入商業(yè)運行。沸水堆核電機組是以美國通用電氣公司(GE)為主進(jìn)行開發(fā)的。1957年首臺沸水堆核電機組投入運行，其后，經(jīng)過多年的改進(jìn)，從BWR-1到BWR-6，最后到ABWR。4.1ABWR汽輪發(fā)電機組主要技術(shù)數(shù)據(jù)a)額定功率：1 350 MW；b)汽輪機型式：TC6F-52；c)

14、汽缸結(jié)構(gòu)：四缸六排汽(1HP+3LP)；d)主汽門前主蒸汽壓力：6.79 MPa；e)主汽門前主蒸汽流量：7 640 t/h；f)主汽門前主蒸汽濕度：0.4%；g)低壓缸末級葉片長度：1 320.88 mm；h)回?zé)嵯到y(tǒng)：4級低壓加熱器+2級高壓加熱器(無除氧器)。4.2ABWR核電機組的主要特點4.2.1熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)為直接循環(huán)系統(tǒng)，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個回路。ABWR和PWR的汽輪機回?zé)岢槠到y(tǒng)沒有什么兩樣，其參數(shù)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(shè)除氧器。加熱器的疏水泵將疏水打入前級凝結(jié)水管。4.2.2廠房布置由于ABWR是反應(yīng)堆核蒸汽直接通到汽輪機，因此汽機廠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)過過濾排入排汽