核电汽轮机的特点分析

核电汽轮机的特点分析

　　【摘 要】随着我国核电事业的迅猛发展，人们对核电关注的越来越多。核电与火电一样都是以汽发电，但在设计、制造、安装、运行等方面，与常规火电汽轮机还是有一些区别的。通过调研与课题题目相关的文献、成果，完成核电汽轮机的特点分析的综述。

　　【关键词】核电汽轮机;特点;比较研究

　　引言

　　世界核电发展已经走过半个世纪的历程，其作为一种清洁能源，技术已经成熟，安全可靠性得到了实践验证，供应能力较强，已成为国家能源电力战略的重要组成部分。本文通过对核电汽轮机和常规火电汽轮机的比较，了解了核电汽轮机独有的设计特点以及与火电机组的差异。

　　1 核电厂汽轮机概述

　　汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。它的主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。在采用化石燃料(煤、石油和天然气)和核燃料的发电厂中，基本上都采用汽轮机作原动机。有时，汽轮机还直接用来驱动泵，以提高电厂的经济性或安全性。

　　来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。由于汽轮机排气口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排气口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。做完功的蒸汽称为乏汽，从排气口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水。此凝结水由凝结水泵抽出送往蒸汽发生器构成封闭的热力循环。为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保持较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。若任空气在凝汽器内积累，必使凝汽器内压力升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功;同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化。这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。

　　2 核电汽轮机特点

　　2.1 核电汽轮机基本特点

　　2.1.1 蒸汽初参数低且湿度大

　　反应堆供给汽轮机的蒸汽参数较低， 压力一般为4.0～7.0MPa，湿度为0.25%～0.40%，温度大约270℃，即为略带湿度的饱和蒸汽。这比常规火电汽轮机初参数低得多。

　　在常规火电机组中蒸汽大部分处于过热蒸汽状态，只有在低压缸末几级处于湿蒸汽状态下。核电汽轮机只有低压缸前几级处于过热状态，其余部分都处于饱和线之下的湿蒸汽状态。

　　2.1.2 进汽量和容积流量大

　　由于核电汽轮机初参数低， 其有效焓降仅为常规火电汽轮机的50 %左右， 致使同等功率机组，核电汽轮机的进汽量是火电机组的2 倍， 而容积流量则为4～6 倍， 同时疏水量也猛增。

　　2.1.3 单机功率大且承担基本负荷

　　因为核电站投资成本高， 运行费用低， 所以核电汽轮机都设计成大功率的， 并承担电网的基本负荷。近期投运的机组， 功率均在600～1500MW之间， 最大的单机功率已达到1580MW(法国)，并准备生产2000MW的机组， 以进一步降低成本。

　　2.2 核电汽轮机设计制造特点

　　2.2.1 结构

　　由于蒸汽初参数低和容积流量大， 核电汽轮机在设计制造时， 绝大多数采用1 个高压缸加2～4个低压缸的结构。相同功率的常规火电汽轮机， 毫无例外地由1个高压缸、1 个中压缸再加1～2个低压缸。核电汽轮机一般无中压缸， 高压缸都是双流程， 和火电汽轮机中压缸一样。低压缸由于容积流量大需要较大排汽面积， 一般为2个(600～700MW)或3～4个(1200MW以上) ， 其汽缸体积大、重量大。

　　2.2.2 转速选择

　　常规火电汽轮机多采用全速(3000r/min或3600r/min)，极少采用半速(1500r/min或1800r/min)。核电机组因为进汽量和排汽容积流量很大， 所以有必要采用半速机组。

　　2.2.3 材料使用方面的特点

　　核电汽轮机进汽参数低，高温、高压的湿蒸汽具有极强的侵蚀性，因此核电汽轮机选材考虑的主要问题是材料的防侵蚀性能。在湿蒸汽环境中工作的汽轮机受到的侵蚀一般有冲击侵蚀、缝隙侵蚀和冲刷侵蚀三种。

　　2.2.4 去湿、防蚀及汽水分离再热器(MSR)

　　核电站二回路的蒸汽参数低， 进汽为饱和蒸汽， 工作段大部分为湿蒸汽， 所以要采取去湿、防蚀、提高蒸汽干度的措施， 以保证核电的安全， 并提高效率。

　　在核电汽轮机中必须增设汽水分离再热器(MSR) ， 其作用是： 将高压缸排汽引入MSR ，对湿蒸汽进行汽水分离， 去除其中水分后， 再用抽汽或新汽对其进行再热， 使蒸汽进入低压缸前有70～80 ℃的过热度， 最终的排汽湿度控制在10 %左右， 以提高效率、保证机组安全。如秦山核电站采用两级再热， 热效率提高2.2% ， 更重要的是保证了机组安全。

　　2.2.5 易超速

　　由于核电汽轮机组多数级工作在湿蒸汽区，通流部分及管道表面覆盖一层水膜，导致机组甩负荷时，压力下降，水膜闪蒸为汽，引起汽流速迅增，这是核汽轮机组易超速的主要原因。为防止超速，采用下列措施：

　　(1)完善汽轮机的去湿和疏水结构，减少部件和通道中凝结水。

　　(2)在汽水分离再热器后蒸汽进入低压缸前的官道上装备快速关闭的截止阀。

　　2.3 核电汽轮机运行维护特点

　　2.3.1 运行特点

　　核电汽轮机蒸汽发生器的热平衡方程式为P=kF(Tavg-TSG)。其中：P表示蒸汽发生器产生的热功率，K、F表示蒸汽发生器的传热系数和传热面积，Tavg表示反应堆冷却剂平均温度，TSG表示蒸汽发生器内蒸汽温度。可以看到，提升核电汽轮机功率，如果保持新蒸汽参数恒定不变，则要提升反应堆平均温度Tavg这就要求反应堆平均温度Tavg有一个较大的变化范围。要求一回路系统具有较大的体积补偿能力和较大的温度反应性补偿能力。

　　2.3.2 运行性能考核特点

　　火电汽轮机的运行考核要求为满负荷下连续运行168h，且平均负荷率需达到95%～100%，主要设备完好，现场无跑、冒、滴、漏现象。而对于核电汽轮机的运行考核要求为在满负荷下连续运行100h，除此之外核电汽轮机的运行考核还额外增加了示范运行的要求。示范运行是指500h的连续运行，目的是验证机组在启动、停机、部分负荷运行、变负荷和商业运行所要求的在满负荷运行条件下的可靠性。示范运行应该在机组升负荷结束，反应堆达到额定热功率(RTO)后开始。进行示范运行时，要求实际功率不得低于额定功率的80%，在不是供应方的原因造成的机组达不到额定功率的情况下尽可能地接近额定功率。

　　2.3.3 维护特点

　　由于核电汽轮机工作蒸汽为饱和蒸汽，经过汽轮机作功后湿度较大，一般对于汽轮机零部件的冲刷比较大，因此维护时要注意检查结合面的漏汽、零部件的侵蚀、管道的冲刷腐蚀、疏水的排放情况等。从核电汽轮机的维护特点而言与常规火电相比没有太大的区别。

　　【参考文献】

　　[1]顾国华，俞坚清.压水堆核电汽轮机的特点[J].动力工程，1994(14)：16-22.

　　[2]崔宏博.核电汽轮机组特点研究[J].东方电气评论，2005(12)：192-199.

　　[3]翦天聪.汽轮机原理[M].北京：电力出版社，2002：68-74.

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