淺析環(huán)境溫度對海南昌江核電廠機(jī)組熱效率的影響

楊銘　溫青云　吳淑玉

【摘 要】本文利用海南昌江核電機(jī)組二回路系統(tǒng)手冊中的設(shè)計(jì)參數(shù)、額定工況參數(shù)，通過熱力學(xué)和傳熱學(xué)原理，經(jīng)簡化后，計(jì)算出各部分熱力系統(tǒng)的有用功損失，并建立熱力系統(tǒng)與大氣溫度、海水溫度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。最終計(jì)算出如下結(jié)論：全年機(jī)組熱效率變化曲線；環(huán)境溫度變化對機(jī)組熱效率的影響；與東部沿海電站相比年發(fā)電量損失。

【關(guān)鍵詞】熱力系統(tǒng)；有用功損失；海水溫度；大氣溫度；熱效率

0 背景

海南昌江核電廠地處熱帶地區(qū)，是目前國內(nèi)最南端的核電廠址。根據(jù)熱力學(xué)定律，較高的環(huán)境溫度會對機(jī)組熱效率造成負(fù)面影響，導(dǎo)致年發(fā)電量損失。本文將環(huán)境溫度與機(jī)組熱效率的關(guān)系量化，分析機(jī)組在高溫環(huán)境下全年熱效率變化趨勢；通過與東部沿海廠址環(huán)境對比，推測由于高溫環(huán)境造成的經(jīng)濟(jì)損失。對機(jī)組運(yùn)行前的電價(jià)申報(bào)及運(yùn)行后的績效考核具有參考意義。

1 海南昌江核電廠熱力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

海南昌江核電廠1、2號機(jī)組型號為CNP600，熱力系統(tǒng)主要由反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及有關(guān)設(shè)備、管路等組成，較高的環(huán)境溫度和海水溫度會對機(jī)組熱效率造成影響，海水作為核電廠最終熱阱排出核電廠2/3的熱量（約1300MW），因此對機(jī)組熱效率影響較大。本節(jié)主要從壓水堆核電站設(shè)計(jì)運(yùn)行原理角度對海南昌江核電廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析，揭示熱力系統(tǒng)過程中不可逆性引起的做功能力損失，并建立熱力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

1.1 海水溫度與凝汽器背壓的關(guān)系

根據(jù)凝汽器換熱工作原理，其換熱屬于內(nèi)部流動強(qiáng)制對流換熱。取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度t′f=26.8℃；溫升△tf=8℃，則管側(cè)平均溫度tf=30.8℃，計(jì)算凝汽器背壓在5kPa～12kPa對應(yīng)的海水吸入口溫度，經(jīng)計(jì)算得出表1數(shù)據(jù)：

1.3 熱效率模型建立

建立海南昌江核電廠熱效率與大氣溫度、海水溫度模型公式為：

式（1）熱系統(tǒng)模型已進(jìn)行了簡化。系統(tǒng)各部分工質(zhì)參數(shù)來源于系統(tǒng)手冊中的設(shè)計(jì)參數(shù)、額定工況參數(shù)，凝汽器背壓對熱力系統(tǒng)的影響只考慮了一級低壓加熱器及汽輪機(jī)低壓缸末段，其他各系統(tǒng)均利用定工況下的特定參數(shù)。因此上式計(jì)算得到的海水溫度對熱力系統(tǒng)的影響比真實(shí)情況下略小。

2 海南昌江核電廠熱力系統(tǒng)分析

2.1 海水溫度對機(jī)組熱效率的影響

取環(huán)境溫度為300K（約27℃），利用1.1節(jié)結(jié)論將To、hi、ho、si、so帶入式（1）中，可得出海水溫度對機(jī)組熱功率的對應(yīng)關(guān)系圖，即海水溫度每升高1℃，機(jī)組熱效率下降約為0.057%（如圖1）。

2.2 大氣溫度對機(jī)組熱效率的影響

取凝汽器背壓為8kPa（對應(yīng)海水溫度約27.36℃），利用1.1節(jié)結(jié)論將To、hi、ho、si、so帶入式（1）中，可得出大氣溫度對機(jī)組熱功率的對應(yīng)關(guān)系圖，即大氣溫度每升高1℃，機(jī)組熱效率下降約為0.006%（如圖2）。

2.3 核電廠全年機(jī)組熱效率變化

《海南昌江核電廠觀測海域平均溫度統(tǒng)計(jì)表》、《海南昌江核電廠最終安全分析報(bào)告》記錄了昌江核電廠全年大氣溫度及海水溫度，在機(jī)組運(yùn)行后，海水入口溫度將比當(dāng)?shù)睾Ｋ疁囟壬?.2℃。將大氣溫度和機(jī)組運(yùn)行后的海水入口溫度對應(yīng)的焓熵值帶入式（1），得出海南昌江核電廠月平均機(jī)組熱效率與大氣溫度、海水溫度關(guān)系圖，（如圖3）。

2.4 環(huán)境溫度差異對年發(fā)電量的影響

與我國東部沿海地區(qū)核電廠比較，海南昌江核電廠大氣溫度和機(jī)組運(yùn)行后海水吸入口溫度的差異如圖4。

根據(jù)2.1節(jié)結(jié)論，海南昌江核電廠CNP600機(jī)組在東部沿海地區(qū)與昌江地區(qū)機(jī)組熱效率差異見表2。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁劍陽.秦山二期熱力系統(tǒng)分析[J].秦山二期技術(shù)刊物，2009（1）.第48頁.

[責(zé)任編輯：王偉平]