高溫氣冷堆核電站示范工程輔助鍋爐選型

劉軍強(qiáng)

（華能山東石島灣核電有限公司，山東 榮成 264312）

0 概述

華能山東石島灣核電廠高溫氣冷堆核電站示范工程（HTR－PM）采用了我國自主設(shè)計(jì)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代先進(jìn)反應(yīng)堆［1］。一期建設(shè)1臺電功率為211 MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，工作參數(shù)基本與超高壓參數(shù)的火電汽輪機(jī)組相同。由于HTR－PM配置的汽輪機(jī)組與壓水堆核電站汽輪機(jī)組蒸汽參數(shù)有著本質(zhì)區(qū)別，因而在輔助鍋爐選型上與壓水堆核電站有許多差別。

華能山東石島灣核電廠高溫氣冷堆核電站 “五通一平”（即通水、通電、通路、通信、通排水、平整土地）施工供熱工程建有 2×10t／h，蒸汽參數(shù)為1.25 MPa、194℃的鏈條燃煤蒸汽鍋爐。施工供熱工程已投運(yùn)，且運(yùn)行良好；常規(guī)島輔助鍋爐需要選型。

1 輔助鍋爐的功能和用戶需求

在機(jī)組啟停階段，輔助鍋爐向輔助蒸汽系統(tǒng)用戶提供合格的蒸汽，由用戶對蒸汽進(jìn)行減壓。輔助蒸汽系統(tǒng)用戶包括除氧器、軸封蒸汽系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、核島三廢處理系統(tǒng)、化學(xué)用汽。

考慮輔助鍋爐自用汽和管道散熱等因素，根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)，本工程輔助鍋爐出力應(yīng)為35 t／h（1臺），鍋爐出口為1.25 MPa飽和蒸汽和部分400℃過熱蒸汽。

表1 輔助蒸汽系統(tǒng)用戶統(tǒng)計(jì)

2 輔助鍋爐選型分析

根據(jù)示范工程輔助蒸汽用戶需求，可以采用的輔助鍋爐有燃煤鍋爐、燃油鍋爐和電鍋爐。

由于燃煤鍋爐系統(tǒng)復(fù)雜，建設(shè)規(guī)模較大，輔助設(shè)備較多，運(yùn)行、維護(hù)工作量較大，衛(wèi)生條件較差。為滿足環(huán)保要求，還需建設(shè)脫硫、除塵器等配套設(shè)施，因此，本工程輔助鍋爐方案不推薦采用燃煤鍋爐，僅就電鍋爐和燃油鍋爐進(jìn)行分析、比較。

2.1 電鍋爐和燃燃油鍋爐對比

電鍋爐和燃燃油鍋爐特點(diǎn)。電鍋爐熱效率為99%，冷啟動時(shí)間小于1h，熱啟動時(shí)間不大于10min，最快可達(dá)3～5 min，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍在1%～100%之間。系統(tǒng)簡單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)無人值守，易磨損和易腐蝕部件少，維護(hù)工作簡便，可靠性高，工作環(huán)境清潔，只需3～6年大修一次。

燃油鍋爐熱效率為91%，冷啟動時(shí)間大于3 h，熱啟動時(shí)間為30 min，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍在20%～100%之間。設(shè)備啟動慢，低負(fù)荷運(yùn)行性能差。系統(tǒng)復(fù)雜，操作、維護(hù)工作繁雜，運(yùn)行、維護(hù)人員較多，易磨損和易腐蝕部件多，工作環(huán)境差，須每年大修一次。另外，燃油鍋爐需配置龐大的燃油系統(tǒng)，且需單獨(dú)設(shè)置燃油供應(yīng)、消防、防雷系統(tǒng)。經(jīng)調(diào)研大亞灣核電站，發(fā)現(xiàn)燃油鍋爐存在許多問題，甚至延誤了機(jī)組啟動。

初投資費(fèi)用比較。目前，國內(nèi)核電站采用的電鍋爐和燃油鍋爐均為進(jìn)口產(chǎn)品。經(jīng)調(diào)研大亞灣和嶺澳核電站發(fā)現(xiàn)兩者費(fèi)用相差不大：30 t／h燃油鍋爐投資費(fèi)用為238萬美元，36 t／h電鍋爐投資費(fèi)用為279萬美元［2］。

運(yùn)行費(fèi)用比較。按示范工程可研報(bào)告測定的上網(wǎng)電價(jià)0.384元／kWh計(jì)算，電鍋爐蒸汽電耗成本為287元／t；按中石化0號柴油6460元／t計(jì)算，燃油鍋爐蒸汽油耗成本為428元／t?？梢?，電鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用為燃油鍋爐運(yùn)行費(fèi)用的67%。

國內(nèi)核電站輔助鍋爐使用情況分析。在核電站運(yùn)營期間，輔助鍋爐運(yùn)行概率很低，導(dǎo)致兩者投資費(fèi)用相差不大。目前，國內(nèi)除大亞灣核電站、田灣核電站使用燃油鍋爐外基本采用電鍋爐。

2.2 電鍋爐爐型分析及國內(nèi)核電站使用情況

噴射式電極鍋爐。優(yōu)點(diǎn)：采用了獨(dú)特的發(fā)熱原理，具有設(shè)備體積小、功率大、啟動快、熱效率高。缺點(diǎn)：噴射式鍋爐爐水和電極接觸面積小，需向爐水中添加磷酸鈉，保持爐水較高電導(dǎo)率；鍋爐出口蒸汽Na＋質(zhì)量濃度高（Na＋質(zhì)量濃度小于 40 μg／l；蒸汽干度大于99.95%），易腐蝕汽輪機(jī)組部件；噴射水流難控制，易產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象；主要在北美使用。

浸入式電極鍋爐。采用電極直接加熱爐水方式。線性調(diào)節(jié)精度高，操作簡單，啟動快速平穩(wěn)，效率高；無拉弧、氫爆、汽水共騰現(xiàn)象，擁有84年安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；對爐水水質(zhì)無特殊要求，鍋爐出口蒸汽品質(zhì)高（Na＋質(zhì)量濃度＜5 μg／l；蒸汽干度＞99.9%）；無需變壓器、設(shè)備體積小、投資少、運(yùn)行維護(hù)簡便費(fèi)用低；生產(chǎn)廠家僅限于歐洲，核電業(yè)績超過60臺，法國核電站采用較多。

國內(nèi)核電站電鍋爐使用情況統(tǒng)計(jì)。截止2009年底，國內(nèi)核電站基本采用噴射式電極鍋爐；2010年初，浸入式電極鍋爐進(jìn)入我國，并取得良好業(yè)績。

表2 國內(nèi)核電站電鍋爐使用情況統(tǒng)計(jì)

2.3 高溫氣冷堆核電站機(jī)組特點(diǎn)

軸封系統(tǒng)。高溫氣冷堆核電站與壓水堆核電站汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)存在本質(zhì)區(qū)別。壓水堆汽輪機(jī)蒸汽為飽和蒸汽，所需軸封蒸汽溫度較低，且跳機(jī)后蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)較大的水空間可以長時(shí)間提供飽和蒸汽供汽輪機(jī)軸封使用。高溫氣冷堆汽輪機(jī)蒸汽為過熱蒸汽（566℃），所需軸封蒸汽溫度較高（380℃），且僅建有1臺機(jī)組。在跳機(jī)停堆后，無可靠、備用汽源，因此對輔助鍋爐啟動時(shí)間提出較高要求，需盡快啟動，避免汽輪機(jī)進(jìn)冷氣。

給水和蒸汽品質(zhì)。高溫氣冷堆核電站比壓水堆核電站對給水品質(zhì)要求更加嚴(yán)格：壓水堆核電站要求給水 Na＋質(zhì)量濃度＜10 μg／l，高溫氣冷堆核電站要求給水 Na＋質(zhì)量濃度＜3 μg／l。

另外，機(jī)組啟停階段，高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器要求入口給水Na＋質(zhì)量濃度不高于20 μg／l， 汽輪機(jī)要求主蒸汽 Na＋質(zhì)量濃度 24 h 內(nèi)不高于 20 μg／l。

3 結(jié)語

通過對燃油鍋爐和電鍋爐技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、啟動時(shí)間、使用情況等進(jìn)行比較，依據(jù)高溫氣冷堆核電站示范工程汽輪機(jī)組對軸封供汽要求較快的特點(diǎn)，建議優(yōu)先選用電鍋爐。

通過對電鍋爐爐型、使用情況分析和高溫氣冷堆核電站示范工程對給水、蒸汽品質(zhì)的較高要求，建議在報(bào)價(jià)差別不大的情況下，優(yōu)先選用浸入式電極鍋爐。

鑒于常規(guī)島采暖設(shè)備對蒸汽品質(zhì)要求不高和“五通一平”施工供熱工程穩(wěn)定運(yùn)行情況，建議優(yōu)化常規(guī)島及其BOP采暖系統(tǒng)（施工供熱工程與電鍋爐供汽互為備用），以降低電鍋爐容量，達(dá)到節(jié)約投資目的。

［1］胡守印，傅堅(jiān)，韓建成，等.高溫氣冷堆核電站示范工程設(shè)計(jì)與采購一體化管理模式的探索和實(shí)踐［G］.2009核電運(yùn)行和建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)交流論文匯編.北京：2009：184－188.

［2］方永珍，陳娟，羅海泉，等.嶺澳核電站輔助蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.廣東電力，2003，16（2）：55－58.