小型核電廠凝結水精處理系統研究

高雁 王博麒

中國核電工程有限公司河北分公司 石家莊 050000

小型核電廠凝結水精處理系統研究

高雁 王博麒

中國核電工程有限公司河北分公司 石家莊 050000

本文闡述了小型核電站凝結水精處理系統的系統特點，雜質來源以及對系統的選擇。

小型核電廠；凝結水精處理系統； 二回路水質

前言

目前在全球保護環境能源緊張的大形勢下，多用途的小型核電廠以成本低廉，選址靈活，模塊化建造，操作簡易，應用廣泛等一系列優點得到關注。水的化學作用雖然在二回路系統中表現較緩慢和不明顯，但日積月累很容易發生流體加速腐蝕（FAC）而造成難以處理的事故甚至危及反應堆安全。小型核電廠的凝結水精處理系統與大型核電廠，高參數火力發電廠既有共同點又存在自己的特點，因此研究凝結水精處理系統在小型核電廠中的具體應用具有十分重要的意義。

1.系統特點

1.1 與高參數火力發電廠比較，小型核電廠凝結水精處理系統有以下特點：

（1）水質要求嚴格、安全系數高、穩定性要求高：

《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》（GB_T_12145-2008）AVT處理方式下鍋爐給水水質標準：

小型核電廠蒸汽發生器要求水質指標采用《化學與放射化學技術規范》：

通過以上水質比較可見，小型核電廠二回路水汽質量標準要求比超臨界火力發電機組較高，且根據蒸汽發生器，鍋爐所選用材質不同，水中離子控制側重點也不同。核電廠蒸汽發生器蒸發器與火力發電廠鍋爐所選材質不同，需兼顧一二回路水質，目前多采用鐵鎳!合金，鉻鎳鉻合金對,Na-,CL-等微量離子敏感，因此核電廠對這些離子含量控制要求較嚴格，二回路水化學管理模式也與火力發電廠存在較大差異。

（2）凝結水處理水量大

小型核電廠產生蒸汽為飽和濕蒸汽，高參數火力發電廠產生蒸汽為過熱蒸汽，等量的蒸汽條件下，小型核電廠所產生凝結水量較火力發電廠所產生凝結水量大約一倍左右。凝結水處理量較大。

（3）進水PH值高

小型核電廠為了減少腐蝕及嚴格控制水中離子含量，采用AVT(全揮發水處理)處理技術，水中加入氨，聯氨堿性物質，PH值控制在9.3～9.6，凝結水精處理系統進水PH值較高，增加了凝結水精處理系統的負擔。

1.2 與大型核電廠比較，小型核電廠凝結水精處理系統有以下特點：

（1）大型核電廠無城市供熱等功能，凝結水精處理系統設計溫度約為60℃。而小型核電廠應用較廣泛，當機組提供城市供熱蒸汽時，熱網首站的疏水循環利用回至凝汽器熱井中產生高溫凝結水，凝結水精處理系統設計溫度較高。目前凝結水精處理系統常用陰樹脂的降解溫度為60℃，陽樹脂的降解溫度為130℃，但超過60℃陰樹脂降解釋放出大量SO4

2-，膠板等嚴重影響出水水質，因此小型核電廠當為高溫凝結水時，系統需采用新型的耐高溫樹脂以滿足系統溫度的要求。

（2）大型核電廠通常建在沿海地區，冷卻介質采用海水冷卻。而小型核電廠選址較靈活，可選擇在沿海，半內陸，以及內陸等地區。凝結水的冷卻方式也不同，當冷卻水采用不同介質時，對凝汽器泄漏所產生的二回路水質影響也不同。因此需根據不同的廠址條件和冷卻系統選擇出更加適合的凝結水精處理系統。

（3）小型核電廠占地較少，結構緊湊，廠房可聯合布置，考慮凝結水精處理系統中樹脂量較少，再生時間較短，且一二回路有完善的緊急報警關閉系統可避免發生相互污染，凝結水精處理再生等輔助系統可考慮共用。而大型核電站每套機組廠房獨立，樹脂處理量大，再生時間長，每套凝結水精處理系統通常采用獨立的再生等輔助系統。

2.雜質來源

凝結水精處理系統的雜質來源主要來自于自補水汽機和疏水系統來的腐蝕產物和雜質，真空系統泄露帶入氧氣和雜質，凝汽器泄露以及檢修引入的雜質等。

2.1 凝汽器等設備泄露入的雜質

凝汽器的泄露對二回路水質存在非常大的影響，當采用海水冷卻時，海水中的泥沙和氯化鈉，氯化鎂等各種鹽分及雜質進入二回路及蒸發器中，水質惡化急劇，時間短，與正常運行期間水質存在明顯區別。當采用除鹽水冷卻時，因除鹽水水質較好，水質影響小，但也會有少量離子及雜質泄露進入二回路系統。

2.2 真空系統的泄露引入雜質

真空系統的泄露，會導致凝結水溶解氧升高,加快腐蝕設備及管道。

2.3 二回路加藥系統引入雜質

在購買的二回路添加化學藥品中，常會檢測出氯，鈉，硫酸根等離子，這些含量的雜質離子雖然不是二回路水質問題的主要原因，但也有貢獻，在采購和運輸化學藥品時，需盡可能降低化學藥品的雜質含量。

2.4 再生劑引入雜質

凝結水精處理系統是二回路的主要凈化系統，是保證給水品質的重要屏障。但是由于凝結水精處理系統樹脂樹脂在再生過程中交叉污染等原因，影響系統的出水品質，嚴重情況下，凝結水精處理系統不但沒有起到凈化作用，反而成為影響出水水質的污染源。

2.5 補水系統引入雜質

由于二回路運行汽水損失，需要進行對二回路系統進行補水。補水一般采用二級除鹽水，水質本身較好，對二回路水質影響較小，但需要特別注意除鹽水在輸送過程中的污染因素影響除鹽水補水品質。

2.6 汽機疏水系統的腐蝕產物和雜質

在機組啟動階段，來自高壓加熱器，汽水分離再熱器的疏水都進入凝汽器本體，在熱井中積累，在運行期間逐步轉移到精處理系統或蒸汽發生期內，會引起蒸汽發生器的泥渣量增加。

2.7 檢修引入雜質

二回路水汽系統在設備檢修時，由于更換的備件含有雜質，檢修后設備沒有充分清洗，采用的清洗劑，密封劑等滲入系統等都會引入雜質。但這些雜質引入表現出的水質變化具有短暫性的特點，人為性較強，不是影響水質的主要原因。

3.系統選擇

通過以上對小型核電廠凝結水精處理系統特點以及凝結水雜質來源的分析，以廠址為內陸地區冷卻水采用二級除鹽水，2×100MW規模，熱電聯產，凝汽器采用表面式凝汽器的某小型核電廠發電機組為例，對凝結水精處理系統選擇分析如下：

3.1 基本數據

(1)夏季工況凝結水系統進水參數

設計流量：410t；設計壓力：0.75MPa；設計溫度：69.2℃。

(2)冬季最大抽汽工況凝結水系統進水參數：

設計流量：388t；設計壓力：0.75MPa；設計溫度：68.5℃

3.2 方案選擇

根據凝結水溫度較高及二回路水為堿性工況下運行的特點，系統擬考慮以下兩種方案：

方案一：凝結水泵 - 陽床 - 混床- 樹脂捕捉器 - 增壓泵 - 凝結水系統（樹脂采用耐高溫樹脂）

方案二：凝結水泵 - 陽床－粉末樹脂覆蓋過濾器 - 樹脂捕捉器 - 增壓泵 - 凝結水系統

方案一優點：

（1）系統穩定，去除離子能力強。首先凝結水進入陽床可去除掉水中大部分陽離子，陽床出水進入混床進一步去除水中陰陽離子。處理后的離子可去除達99%以上，滿足蒸汽發生器進水水質的高品質要求。

（2）在混床前設置陽床，混床處理的是酸性水，增加了去除陰離子的能力，陰樹脂的工作交換容量及混床運行周期大大提高。如果單獨選擇混床運行，則系統混床運行時間僅為20小時。如果選擇陽床+混床運行，則陽床運行時間為95h，混床運行時間為920h。

（3）進入混床的鐵含量大為減少，80%的鐵被陽床除去，由于陰樹脂比例增加以及鐵污染減小，混床出水的SO4

2-，CL-就比較低，離子去除較徹底。

（4）混床再生次數少，陰陽樹脂的破損相對減少，減少了價格較貴的樹脂補充量，節約了運行成本。

（5）目前國內核電站均采用此系統，運行經驗豐富。秦山二期2×642MW工程，嶺澳2×985MW核電廠工程，田灣2×1060MW工程等運行的較成熟的大型核電廠均采用此系統，其中秦山二期2×642MW工程采用的國產化設備運行最為良好，在運行維護方面有充分的經驗，水質能夠得到保障。

方案一缺點：

（1）采用普通樹脂，耐高溫能力差，需采用新型耐高溫陰樹脂，防止陰樹脂降解，影響出水水質。因此開發及使用成本較高

（2）一次性投資成本高，系統較復雜，占地面積較大。

（3）系統中由于樹脂和再生劑問題容易引起系統SO42-，CL-離子含量超標，使精處理系統反而形成污染。

方案二優點：

（1）系統耐高溫，設計溫度可達85度，滿足系統的設計要求

（2）投資成本低，不需要酸堿再生系統，減少酸霧腐蝕，系統簡單，占地面積較小。

（3）粉末樹脂可針對不同階段附上不同樹脂粉末，在機組啟動初期含鐵量較高，鋪設纖維粉除鐵，大大縮短機組啟動時間。在正常運行時鋪上樹脂粉除鹽，失效后即拋棄，且均為一次性使用，不需再生，減少樹脂污染。

方案二缺點：

(1)粉末樹脂覆蓋過濾器在國內凝結水溫度較高的火電廠中較常用，設備實際運行發現僅起到過濾作用，對于去除離子能力較弱，造成混床再生周期頻繁負擔增大，運行成本提升，運行不理想。

(2)國內核電廠無此系統的運行先例，運行經驗缺乏。

(3)國外核電廠有采用此系統，但當溫度超過陰離子的運行溫度時，混床不啟用，僅啟用粉末樹脂過濾器過濾凝結水。因此對設備制造要求，運行要求，進水水質要求高，目前在國內達不到此要求。

綜合以上兩方案的優缺點，通過對凝結水進水溫度，系統出水水質，運行經驗等一系列問題的比較，認為采用方案一符合本工程。

4.結語

作為我國這樣一個能源緊張，經濟高速發展的能源消耗大國，中小核電發展勢必成為未來能源發展的一種趨勢。根據小型核電廠的特點，優化系統，研究出適合小型核電的凝結水精處理系統，對小型核電廠安全穩定發展意義深遠。

[1]王為民.核能發電與核電廠水電熱聯產技術.北京:化學工業出版社 ，2008

[2]陳志和.電廠化學設備及系統.北京:中國電力出版社 ，2006

[3]鄒焦.小型核電站發展研究.武漢工程大學.信息通信，2011.2

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.005

高雁：大學本科，工程師，研究方向：核電廠，火力發電廠化學水處理。

王博麒：大學本科，助理工程師，研究方向：核電廠，火力發電廠化學水處理。