多堆熱電聯供兩例技術方案比較

張臣剛

摘 要：在同一熱電廠多個核反應堆熱電聯供的情況下，采用什么樣的供熱方案對產能影響比較大，本文在相同的供熱負荷曲線和相同的PH容量的情況下，對比了6臺機組兩例技術方案的熱電產能，從計算結果可見多臺機組的BH及PH互相串聯后再接入熱網的方式能夠明顯提高產能，這是因為采用這種方式最大限度地降低了對熱源蒸汽的參數要求，使之在用于加熱之前可以更多地在汽輪機內做功。

關鍵詞：小型堆 熱電聯產 多堆 技術方案比較

中圖分類號：TK47 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0099-04

進入21世紀以來，小型核反應堆以安全性高、經濟性良好和應用靈活的優點[1]，得到了全世界范圍內的高度關注，研究和開發小型堆已經成為國內外研究熱點并不斷取得階段性成果，小型堆應用于熱電聯產是其重要的應用方向之一，其安全性可以做到從設計上不用考慮設置事故后的應急響應區，這非常有利于大面積推廣使用。核能供熱已在許多供熱發達國家廣泛應用，具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益[2]。

我國北方城市供暖期最長只有6個月，如果采用單純供熱模式，經濟競爭力較差，因此，小型堆供能更適合于采用熱電聯供的模式[3]。本文以兩例技術方案的產能分析和計算，探討了在多機組布置的情況下如何充分發揮小型堆技術方案靈活的特點。

1 基本條件

6臺小型核反應堆機組，單個反應堆核島熱功率為200MWt，每個堆作為熱源向基本負荷加熱器BH供熱，單臺尖峰加熱器PH的容量為29MWt，在極寒尖峰負荷時候，熱網熱水/回水溫度分別為130℃/30℃，在熱網采用分布式熱泵回收回水熱量的情況下，回水溫度為30℃是可以實現的。在機組抽汽供熱的情況下，抽汽輸送管道壓力損失按照8%考慮，熱端差為5℃。在沒有滿負荷供熱的情況下，發電能力比滿負荷時候的發電能力高，提高的發電能力按照熱負荷率線性變化考慮。

計算采用的熱負荷曲線如圖1所示。

2 方案介紹

2.1 方案一

該方案見圖2，PH和每臺機組的BH獨立連接到熱網，采用這種方式在尖峰負荷的時候，PH鍋爐需要分流少部分回水，在由基本負荷向尖峰負荷過渡的時候流經BH的回水會有所降低。

在極寒尖峰負荷的情況下，熱水最高溫度130℃，那BH出口溫度也必須要能夠達到130℃才能輸送到熱網中，這樣抽汽的飽和溫度就應該為135℃，對應的飽和壓力為3.13bar，考慮輸汽壓損后最高抽汽壓力需要達到3.38bar；這時經過PH的焓升為420.37kJ/kg，PH總容量為174MWt，那流量為1490.1t/h，經過單臺BH的焓升同樣為420.37kJ/kg，這樣我們根據輸出熱功率107MWt可以計算出單臺BH的流量為916.3t/h，6臺為5497.8t/h，回水總流量為6987.9t/h；汽輪機在最大抽汽輸出熱功率為107MWt時，其發電功率為26.6MWe，非供暖季最高發電功率為48.7MWe。

2.2 方案二

方案二見圖3，該方案采用多個BH和PH逐級串聯的方式接入到熱網。采用這種方式在基本負荷向尖峰負荷切換的時候，PH鍋爐直接對BH的輸出熱水進行加熱。

極寒尖峰負荷的時候，熱水最高溫度130℃，回水溫度30℃，在尖峰負荷的時候PH的焓差為89.6kJ/kg，那PH進口的熱水溫度為108.88℃；BH1直接用回水作為循環水，在回水流量6982.5t/h的情況下出口水溫為50.14℃，熱功率為163.2MWt，出口焓為210.17kJ/kg，此時的背壓為0.15bar，電功率為47.1MWe；BH2溫度升高12℃，出口水溫62.14℃，出口焓260.36kJ/kg，熱功率為97.3MWt，對應的飽和水溫為67.14℃，對應的抽汽壓力為0.3bar，這時候抽汽流量為155.4t/h，電功率為45.1MWe；BH3溫升12℃，出口水溫74.14℃，出口焓310.62kJ/kg，熱功率為97.5MWt，對應的飽和水溫為79.14℃， 對應的抽汽壓力為0.494 bar，抽汽流量為152.1t/h，電功率為42.8MWe；BH4溫升12℃，出口水溫86.14℃，出口焓360.97kJ/kg，熱功率為97.7MWt，對應的飽和水溫為91.14℃，對應的抽汽壓力為0.791bar， 最大抽汽時候的發電能力為41.0MWe；BH5溫升12℃，出口水溫98.14℃，出口焓411.45 kJ/kg，熱功率為97.9MWt，對應的飽和水溫為103.14℃，對應的抽汽壓力為1.220bar，最大抽汽時候的發電能力為39.0MWe；BH6出口水溫108.88℃，溫升為10.74℃，出口焓456.77 kJ/kg，熱功率為87.9MWt，對應飽和水溫為113.88℃，對應的抽汽壓力為1.76bar， 最大抽汽時候發電能力為38.4MWe。

匯總詳見表1。

3 聯供能力比較

3.1 運行方式

根據圖1的熱負荷曲線，我們考慮方案一機組的運行方式：在最低基本負荷的時候，1、2、3號機組滿負荷供熱，隨著熱負荷的增大，先后由4、5、6號機組逐漸提高供熱負荷直到滿負荷后下一臺機組投入。

方案二機組的運行方式：在最低基本負荷的時候，1號機組和2號機組滿負荷供熱，3號機組運行于62.1%熱負荷；隨著熱負荷的增大，3號機組提高供熱到最大熱負荷；接著分別是4、5、6號機組逐漸提高供熱熱負荷直到滿負荷后下一臺機組投入。

3.2 供暖季單機滿負荷計算

3.2.1 方案一計算結果

（1）1、2、3號機組滿負荷的時間為3480h；

（2）4號機組滿負荷的時間為2527.7h；

（3）5號機組滿負荷的時間為1575.5h；

（4）6號機組滿負荷的時間為811h。

3.2.2 方案二計算結果

（1）1、2號機組滿負荷的時間分別為3480h；

（2）3號機組滿負荷的時間為3151.9h；

（3）4號機組滿負荷的時間為2278.9h；

（4）5號機組滿負荷的時間為1411.2h；

（5）6號機組滿負荷的時間為811h。

3.3 供暖季部分熱負荷轉換成單機滿負荷計算

3.3.1 方案一

計算用圖如圖4所示。

計算結果如下：

（1）4號機組平均熱負荷率為0.5，則等效滿負荷時長為1347.5h；

（2）5號機組平均熱負荷率為0.5，則等效滿負荷時長為1347.4h；

（3）6號機組拐點以下區域平均熱負荷率為0.164，則等效滿負荷時長528.0h；拐點以上區域平均熱負荷率為0.664，則等效滿負荷時長579.4h。

3.3.2 方案二

計算用圖如圖5所示。

計算結果如下：

（1）3號機平均熱負荷率為0.811，則等效滿負荷時長為336.6h；

（2）4號機平均熱負荷率為0.5，則等效滿負荷時長為951.6h；

（3）5號機平均熱負荷率為0.5，則等效滿負荷時長為971.8h；

（4）6號機拐點以下區域，平均負荷率為0.093，等效滿負荷時長為183.0h；6號機拐點以上區域平均負荷率為為0.594，等效滿負荷時長為502.4h。

3.4 計算結果匯總

3.4.1 方案一

這樣我們可以計算出該方案整個供暖季各臺機組的發電量（詳見表2）。

整個供暖季總發電量為5.10億kW·h；非供暖季的總發電量為：48.7×6×（365×24-3480）=15.4億kW·h；假設上網電價0.4元/kW·h，那總發電收入為8.2億元。

兩種方案采用的是相同的負荷曲線，都能夠滿足供熱能力的要求，因此，整個供暖季供熱量完全相同，根據圖1計算得出供暖季總供熱量都為6.42×106GJ，按照熱價28元/GJ，可以得到整個供暖季供熱收入為1.8億元，熱電年收入為10.0億元。

3.4.2 方案二

這樣我們可以計算出該方案整個供暖季各臺機組的發電量（見表3）。

整個供暖季總發電量為7.52億度；非供暖季的總發電量為：（48.7×5+47.1）×（365×24-3480）=15.3億kW·h，總發電收入9.12億元；供暖季供熱收入為1.80億元，熱電總年收入為10.92億元，方案二每年增收9200萬元，增收百分比為9.2%。

4 結語

如果多個核反應堆機組用于聯供，可以通過熱網加熱器相互串聯的方式連接到熱網，本文以兩例方案進行了對比，可見方案二可以大幅度增收，這主要是因為方案二是通過BH逐級串聯的方式，能夠最大限度地降低對熱源蒸汽的參數需求，從而使熱源蒸汽在用于供暖加熱前可以最大幅度地在汽輪機內做功，方案二成功實現了利用1臺機組的循環水直接供熱，在供暖期這臺機組完全沒有冷端損失。在多機組供熱的情況下，從中挑選整個供暖季絕大部分時間都可以滿熱負荷運行的機組采用循環水直接供熱方案是非常經濟的。

參考文獻

[1] 楊玨，孫吉良，楊偉國，等.多用途小型堆ACPR100概念設計[J].原子能科學技術，2014，48（10）：1844-1849.

[2] 安江林.論我國核能開發利用的基本階段、重點領域和安全保障[J].南華大學學報：社會科學版，2016，17（2）：13-20.

[3] 王宏淵.中國核能區域供熱面臨的機遇和挑戰[J].能源與節能，2013（4）：36-38.