核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的 核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器 内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就 源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是 最普通的压水反应堆核电站的工作原理

岭澳核电站辅助蒸汽系统的优化设计  
方永珍1，陈娟1，罗海泉1，赵霄鹏2

  
1．广东省电力设计研究院，广东广州510600；

2．岭澳核电有限公司，广东深圳518124）

<--→摘要CH(开始)-->&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;摘　要：岭澳核电站辅助蒸汽系统优化设计方案，是核电站辅助蒸汽系统设计的首次尝试，该方案在分析了大亚湾核电站辅助蒸汽系统存在的问题后，考虑到两核电站间的资源共享问题，最终确定岭澳核电站辅助蒸汽系统采用1条联网管加1台电锅炉的辅助蒸汽供汽方案。文章主要介绍了该优化设计过程中所遇到各种问题及其解决方法。<--摘要CH(结束)←-->
<--→关键CH(开始)-->&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;关键词：核电站；辅助蒸汽系统；联网管；电锅炉；优化设计<--关键CH(结束)←-->
　　岭澳核电站与大亚湾核电站核岛、常规岛的主要参数相同，设备都由法马通、GEC－A供货。大亚湾核电站辅助蒸汽系统的起动锅炉为油锅炉，运行几年来，油锅炉暴露不少问题，运行很不理想。为使岭澳核电站机组安全运行得到充分保证，又有较好的经济效益，决定对辅助蒸汽系统进行优化设计。
1　设计过程中要解决的关键技术问题

1．1　起动锅炉的选用论证
1．1．1　锅炉类型的选定

　　核电站要求机组能够快速起动，且机组起动时辅助蒸汽用量要少，这就要求油锅炉在低负荷下应能稳定运行。经过几年的运行实践，大亚湾核电站的油锅炉，却存在以下几个问题：

　　a）锅炉在低负荷时，运行性能差、不稳定，容易跳闸。

　　b）法国进口的油锅炉，辅助设施较多，控制系统复杂，连锁装置和报警信号较多，运行操作较困难。

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;c）油锅炉的点火枪易出故障、吹灰器锈蚀。

　　由于油锅炉存在上述问题，主机起动时，油锅炉不能满足运行需要，往往延误主机起动的时间，影响了核电站的能力因子和经济效益。国外核电站采用电锅炉的用户不少，国内秦山核电站也采用了电锅炉。下面分别对电锅炉与油锅炉的本体技术性能、投资费用、运行费用及其他方面进行比较。

1.1.1.1 本体技术性能

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;a）油锅炉

　　热效率为91％，冷起动时间大于3 h，热起动时间为30 min，负荷调节范围在20％～100％之间。设备起动慢，低负荷运行性能差。设备多，操作繁杂。系统多，易磨损和易腐蚀部件多，维修保养工作繁杂，工作环境差，须1年1次大修。
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&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;b）电锅炉

　　热效率为99％，冷起动时间小于1 h，热起动时间不大于10 min，负荷调节范围在1％～100％之间。设备起动快，低负荷运行性能好。设备少，操作简便。系统少，易磨损和易腐蚀部件少，维修保养工作简便，工作环境清洁，只需3年1次大修。
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1．1．1．2　投资费用投资费用比较见表1。　　　

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;投资费用比较见表1。


　　注：由于国内尚无生产大功率的电锅炉厂家，而国内生产的油锅炉，其性能又远不能满足核电站的要求，因此，两者投资的比较均按进口设备考虑。

1．1．1．3　运行费用

　　按电价0．76元／Wh计算，电锅炉的蒸汽电耗成本为569元／t；油锅炉0号柴油的价格按2 924元／t计，则油锅炉的蒸汽油耗成本为195元／t。很明显，电锅炉的运行费用为油锅炉运行费用的2．9倍。如果核电站辅助蒸汽的来源除蒸汽转换器外，靠电锅炉来供给，其运行费用是很高的，但是，电锅炉今后的运行概率很少（本工程的辅助蒸汽系统是由一台电锅炉加一条辅助蒸汽联网管组成，机组投运后，辅助蒸汽主要由辅助蒸汽联网管提供。）。

1．1．1．4　其它方面

　　燃油锅炉供辅助蒸汽有一个庞大的燃油系统，需设置单独的燃油供应系统、消防系统、防雷系统。由于系统多，运行人员也大大的增加，这一笔开支是长期的，数量也特别大，同时燃油系统对核电站的环境影响也大。用电锅炉来供应辅助蒸汽，以上的问题就完全不存在，而且电锅炉在低负荷运行时性能好、操作简便、安全可靠。

　　通过全面的技术、经济、安全、环境等方面的比较，岭澳核电站决定选用电锅炉。

1．2　电锅炉容量的确定
　　岭澳核电站起动锅炉的设置主要是作为机组起动时的备用汽源。当一台机组起动时，常规岛主给水除氧器（ADG）需供汽20 t／h；汽机轴封（CET）需供汽9 t／h；辅助给水除氧器系统（ASG）需供汽4．3 t／h，这3个用户的供汽是一定要保证的，核岛部分的其它用户（如：硼回收、废液处理、固体废液处理）是间断用汽，可考虑供给少量蒸汽，也需供汽2 t／h，因此锅炉的净出力为35．3 t／h。由于受到电站辅助变压器容量为32 MW的限制，从各方面因素考虑，最后确定岭澳核电站的电锅炉为喷射电极式，其电压等级为6．6 k V，功率为24MW，容量为36 t／h。喷射电极式锅炉一般均带升压变压器，这不仅减小了锅炉尺寸，还起到隔离电网的作用，增加了厂用电网的安全性，该锅炉技术成熟、设备少、控制简单。
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1．3　电锅炉对蒸汽品质的影响
　　由于电锅炉运行的特殊性，炉水中需要加入磷酸钠盐（Na3PO4）来提高炉水的导电性。磷酸钠盐是可容非挥发性化学物质，电锅炉生产的蒸汽中含钠离子（Na＋）较高，对机组主给水的水质有较大的影响，为此，要求厂家在电锅炉蒸汽出口增加一个汽水分离器，降低锅炉蒸汽钠离子的浓度，为此，建立了主除氧器和蒸发器内钠离子浓度的数学模型，用于分析了辅助蒸汽对两者的影响，证明电锅炉的蒸汽品质是符合要求的。

2　辅助蒸汽联网管系统的设计及效益分析

2．2．1　辅助蒸汽联网管系统（SVC）的设计
2．1．1　连接形式

　　大亚湾核电站与岭澳核电站相距约1 k m，这为改善辅助蒸汽供应的可靠性和经济性提供了有利的条件。我们采用了常规电厂用管道输送蒸汽的成功经验，将大亚湾核电站与岭澳核电站的辅助蒸汽系统，以母管制的形式，用DN350管道连接在一起，实现资源共享。

　　辅助蒸汽联网管道是从大亚湾核电站的起动锅炉房（VA）接出，一直连到岭澳核电站的起动锅炉房（VA），全长约有1．4 k m。这样一条长距离的饱和蒸汽管道，如何解决管道的热损失、阻力损失、管道的热膨胀和疏水问题，是设计的核心问题。

2．1．2　管道的热补偿

　　由于地形复杂、场地受限制，管道布置时还要绝对保证两厂的厂容厂貌，给管道的热补偿带来很大的困难。在大亚湾核电站厂区尚可采用自然补偿的办法，但在岭澳核电站厂区，特别是进入地沟后，400 m管道的热补偿只好采用波纹管补偿器。

　　由于输送的是饱和蒸汽，且约有700 m的管道布置在室外露天，为使管道的热量损失减到最小，管道的保温采用了导热程度较低、保温层厚为50 mm的硅酸铝镁新型保温材料。

　　管道长又受具体条件的限制，辅助蒸汽联网管道运行时沿程的正常疏水无法回收，只好就地排入地沟，为使疏水能较理想运行，选用了日本进口的TLV浮球式疏水器。

2．2　辅助蒸汽联网管系统（SVC）的效益分析
2．2．1　节约费用

　　岭澳核电站辅助蒸汽系统为1台电锅炉加1条联网管，即可认为联网管代替了一台电锅炉。联网管全部工程预算为430万元人民币，而进口一台电锅炉及其专用变压器共计约660万元人民币，可节省投资约230万元人民币。

2．2．2　提高了核电站辅助蒸汽系统的可靠性

　　岭澳核电站投运后，两厂的辅助蒸汽系统为母管制，辅助蒸汽的汽源有4个蒸汽转换器系统（STR）、2台油锅炉、1台电锅炉，汽源充足，大大提高了大亚湾核电站和岭澳核电站辅助蒸汽系统的可靠性、灵活性。任何机组的起动，不但汽源保证而且还可以调整到使用最廉价的蒸汽。低负荷性能好，为机组的快速起动作出及时响应，提高了核电站的能力因子和经济效益。

2．2．3　减少维护费用系统蒸汽单价为85元／t（成本价），电锅炉蒸汽单价568元／t，油锅炉蒸汽单价为195元／t，三者相比联网蒸汽的运行费用可大幅度地降低。

　　b）辅助蒸汽联网管设备少，如果不是人为损坏，钢管运行维修少。

　　c）辅助蒸汽联网管投入后，运行模式为热备用，将会有一定的疏水损失，但大亚湾核电站的油锅炉和岭澳核电站的电锅炉，就可以从热备用转为冷备用，三者之比又是联网蒸汽管道处于热备用时费用最低。

　　d）岭澳核电站机组在调试期间，辅助蒸汽的用量达82 kt左右，如果岭澳核电站机组在调整时，完全采用大亚湾核电站蒸汽转换器系统的蒸汽，比采用岭澳核电站电锅炉的蒸汽可节省费用3 960万元人民币、比使用油锅炉的蒸汽可节省902万元人民币。

　　e）岭澳核电站联网蒸汽的端头已经考虑了今后岭澳核电站在第二期工程的建设中，可以将辅助蒸汽系统统一连成母管制的情况。

　　f）大亚湾核电站和岭澳核电站的辅助蒸汽系统已成为母管制系统，两厂机组全部投入运行后，待机组之间相互可以提供足够的辅助蒸汽，两厂的辅助锅炉可以有计划地拆除，完全使用蒸汽转换器系统的蒸汽。

3　结束语
　　岭澳核电站辅助蒸汽系统立足于国内自主化设计，将常规火电厂的成功经验引入核电，经过充分的技术论证和经济比较，最终采用一台电锅炉加辅助蒸汽联网管这一优化方案，同时也解决了大亚湾核电站油锅炉存在可靠性差等诸多问题。整个优化方案不仅简化了辅助蒸汽系统的操作、运行和维修，大大提高了系统的可靠性、灵活性，而且在工程投资和运行费用上都有明显的效益。这个方案在国内外核电站的建设中还是首次采用，该方案有利于大亚湾核电站和岭澳核电站机组的群堆管理，同时可在将来核电群堆管理中推广使用。岭澳核电站的辅助蒸汽系统已安装完毕，电锅炉和辅助蒸汽联网管都已投入运行，各项性能指标均达到了预期目标，并且正在为1号机的热试验过程发挥重要作用。