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核电汽轮机结构设计及运行特点研究

陈德伟

福建福清核电有限公司,福建福清,350318

摘要: 作为不可忽视的一项能源电能在国家建设中发挥着重要的作用,且对人们的生产生活具有现实的意义。目前汽轮机能源消耗量相对较高,对其采取合理措施实现节能降耗十分必要。本文主要是关于电厂汽轮机运行的节能降耗策略的研究,以供相关专业人士进行参考和借鉴。
关键词: ​电厂汽轮机;结构设计;运行
DOI:10.12721/ccn.2021.157065
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引言

核电厂最重要的功能就是对自然资源和能源进行转换,将其转化为电能。发电方式主要分为风力发电、火力发电、水力发电、太阳能发电以及风能发电等方式。在核电厂发电过程中汽轮机组是非常重要的组成部分,也是主要的机械设备,是利用燃料燃烧来实现电能供应的。而且在原料的燃烧过程中,会产生一定的能量和热水,这些最终会转化为动能,最终利用发电机进行转化将其提供给电网。因此,本文针对于核电厂汽轮机组运行效率的优化进行了探析,提出了针对性地建议,以供参考。

1核电汽轮机的设计、结构和运行特点

核电汽轮机通常是指用于压水堆、沸水堆、重水堆和气冷堆等堆型核电厂的饱和蒸汽汽轮机,也称湿蒸汽汽轮机,其新蒸汽为含微量水分的饱和蒸汽或微过热蒸汽。高温气冷堆和快中子增殖堆核电厂能提供500℃以上的过热蒸汽,因此同核电厂一样,可采用亚临界压力或超临界压力的高温再热汽轮机,所用汽轮机类型和要求也与核电厂基本相同。核电汽轮机的低压缸零部件通常采用火电汽轮机相同的材料制成,高压内外缸、隔板套、隔板体、动叶和静叶、隔板外环和其他元件,均采用高耐蚀材料制作。火电汽轮机相应的设计要点可推广应用于核电汽轮机,然而,核电汽轮机的汽耗量和容积流量较大,因此机组各部件尺寸明显大于火电汽轮机。为了提高运行的经济性和安全性,必须设置机外汽水分离器和机内叶片除湿设施,以排除机组外部和内部水分,这样将使设计复杂化。但蒸汽在核电汽轮机内膨胀过程的焓降较小,可以不设中压缸,采用较少的热力过程级。同时,由于蒸汽温度低于所用金属材料的蠕变断裂温度,使材料的使用环境得到改善,这样又减少了设计的复杂性。在核电热力系统中,即使装设了汽水分离再热器,也只有核电汽轮机低压前两级在干蒸汽区工作,其他各级仍处于湿蒸汽环境。转动部件表面,尤其是长叶片顶部,受到水滴的侵蚀。在侵蚀、腐蚀联合作用下,从转动部件甩出来的水滴,使静止部件也受到损伤,在具有较大压差部件的连接面,可能出现拉伸腐蚀现象。为此,需采取完善的除湿结构控制水分的含量和特性,选用恰当金属材料提高部件的抗侵蚀、腐蚀能力。

2核电汽轮机运行策略

2.1主汽压力的优化与控制

在核电厂汽轮机组的运行过程中,主汽压力是影响系统稳定性和运行效率的重要因素之一,所以对此进行优化和控制十分重要。在机组运行过程中如果初始的温度不发生变化,主汽的初始压力就会不断地增加,所以必须要保证排气的湿度是在合理范围之内的,确保机组系统可以稳定地运行下去,其质量和安全也会得到很好的保障。但是如果主汽初始的压力就非常高,已经超过了规定的承压范围之内,就必须要对主汽的阀门进行调节,重要的是保证进气的压力被控制在正常的范围数值之内。而在系统运行过程中其他的条件都不产生变化,主汽压力出现了降低的情况,就必须要将阀门调到更大,使进气的量不断地增加,这样才可以保证机组原有的负荷,才能够确保机组在运行过程中的安全性。此外,在系统运行过程中,主汽压力会随着运行而出现降低的情况,而不同的汽轮机组所产生的压力变化也是不同的。所以,在运行与维护过程中,最重要的就是要保证主汽压力的变化在规定的合理范围之内,这样才能够提升核电厂汽轮机组运行的稳定性与平衡性,才可以对运行效率进行很好地提升。

2.2改进汽轮机的启动

第一,在目前,要促使汽轮机启动得到改进,应当对于设备启动时间进行合理及科学规范。第二,为了能够有效保障汽轮机可以实现安全启动,要求启动之前对于汽轮机整体性能状况进行全方位检查,同时还需要针对汽轮机内部构造以及运行机制进行启动预判,这样才能够有效发现汽轮机在实际启动过程当中所受到各方面因素影响。除此之外,为了能够针对启动时间进行合理科学控制,还需要工作人员对输水系统进行有效处理。通过增加疏水点数量大大缩减暖管时间,同时也可以有效缩短启动时间。另外,工作人员还需要对汽轮机实施必要预热,这在很大程度上可以让汽轮机整体温度得到提高,有利于大幅节约启动时间。第三,应当切实保障输水排放合理性及科学性。机组启动过程当中,为了能够促使汽水排出量得到有效降低,要求相关的工作人员能够合理及科学运用好运输管道,在这个过程当中,还需要工作人员能够采取合理及高效的措施对于汽轮机压力进行控制,同时也需要通过采取手动的方式让凝汽器真空得到进一步降低,这样才能够让汽轮机压强符合作业相关需求,同时也有利于针对于汽水进行更加合理及高效化回收利用。

2.3维持真空运行状态

凝汽器的泄露会导致电厂汽轮机脱离理想的真空运行状态,还会造成系统结垢,从而大幅度增加系统运行能耗。基于此,电厂方面需重点关注凝汽器泄露问题,促使电厂汽轮机可长期处于真空运行状态。具体来讲,需加强对凝汽器检测工作,及时发现泄露问题和结垢问题,定期对凝汽器进行清理,利用自动化系统对凝汽器进行实时性检测,收集凝汽器运行数据,同时在凝汽器控制系统中安设警报功能,当运行数据与标准数据间出现较大偏差时控制系统可发出警报,在警报系统的作用下可及时处理系统运行问题,减少凝汽器泄露对电厂汽轮机产生的影响,保证电厂汽轮机一直处于理想的运行状态。在系统运行的过程中清理工作也需及时跟进,清理主要目标为凝汽器散热装置,避免凝汽器温度过高,影响凝汽器的使用功能,通过此种方式提升电厂汽轮机的节能性。系统的清理工作需定期进行,要结合实际的系统运行状态合理设定系统运行周期,通常以七天为一个清理周期,全面清理凝汽器中的污垢,然后验证系统运行效果,对系统进行全面性的检查工作,在这项工作完成后重新启动系统。
2.4严格的水质管理

蒸汽发生器对水质要求较高,通常会对50%或100%凝结水进行净化,其方法是使凝结水经过混合床,除去由于凝汽器管或管板泄漏及系统腐蚀所产生的盐垢、二氧化硅及铜、铁等杂质,确保送往蒸汽发生器的水质合格。秦山核电厂设有除氧循环水泵,在启动前,用除氧循环水泵冲洗给水管道,待管道干净以后再往除氧器送汽。直至符合蒸汽发生器进水标准为止。核电厂一般会设置应急给水系统及专用的应急水池和应急电源(如柴油发电机组),以保证故障时有足够的水和可靠的电源。

结语

综上所述,本文针对于核电厂汽轮机组运行问题进行了研究,其中最主要的问题是系统本身的问题,疏水系统的问题、运行方式的问题、凝结器问题、主汽压力问题等等,这些常见性的问题对于核电厂汽轮机组系统的正常运行以及运行效率的提升等方面产生了非常不利的影响,还会产生严重的资源浪费和能源消耗,增加运行成本,降低运行的效率。因此,在对核电厂汽轮机组系统运行效率提升的优化方面,应该从系统运行方式的优化、凝结器问题的解决、主汽压力问题的解决、疏水系统问题的解决方面入手,尽可能高效地解决系统运行难度大的问题,确保核电厂汽轮机组系统运行的安全性和稳定性,优化核电厂汽轮机组系统运行的效率,这对推动我国电力产业的发展,促进电力产业获取更多的经济效益等具有非常重要的意义。

参考文献

[1]刘超.核电厂汽轮机组运行效率的优化浅析[J].环球市场,2019(1):158.

[2]史际峰.核电厂汽轮机组运行效率的优化[J].中国科技投资,2019(28):87.