核电厂常规岛加氧工况的研究与应用
张聚平 高雁
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张聚平 高雁,. 核电厂常规岛加氧工况的研究与应用[J]. 核工业与技术,2024.4. DOI:10.12721/ccn.2024.157033.
摘要:
随着全球对清洁能源的需求不断增长,核能作为一种低碳、稳定的能源形式,在电力供应中扮演着重要的角色。核电厂的常规岛是将核能转化为电能的关键部分,而良好的水化学控制在常规岛的运行中具有重要意义。本文立足于当前我国常规岛水化学控制现状,以我国第四代某核电机组设计为例,基于常规岛回路设计参数及主回路材质,分析研究了加氧-氨的水化学工况(OT)的可行性。介绍了此水化学工况加氧控制参数、转化前提条件、注意要点等方面,为核电厂常规岛加氧设计提供借鉴。
关键词: 核电厂常规岛;水化学;FAC腐蚀;加氧
DOI:10.12721/ccn.2024.157033
基金资助:

0.引言

核电厂常规岛回路水化学控制最终目标是降低常规岛回路设备腐蚀和减少腐蚀产物向蒸汽发生器迁移产生积污,避免其垢质浓缩发生腐蚀,确保作为核岛、常规岛回路枢纽的关键设备蒸汽发生器的传热性能和使用寿命。随着我国先进核电技术的发展,有别于以往压水堆核电站,蒸汽发生器的形式、材质及常规岛回路运行参数均有所更新。因此有必要对常规岛水化学控制进一步分析优化,提高核电厂的运行安全性和可利用率。本文以我国第四代某核电项目为例,对常规岛加氧工况方案的适应性进行研究与分析。 

1. 项目分析  

以往压水堆核电厂常规岛回路采用的全挥发处理(加氨-联胺水化学工况AVT)进行控制。采用氨或有机胺进行pH控制,普遍采用提高pH值(9.6-9.8)来抑制常规岛回路系统的FAC腐蚀。采用低氧控制原则,通过凝汽器真空除氧、除氧器热力除氧方式进行除氧,同时在给水加入一定量的联氨辅助化学除氧并保持还原性气氛。

本项目采用直流蒸汽发生器;主蒸汽设计参数:17MPa、530℃(过热器出口),主给水设计参数:16MPa、210℃;主给水pH值:9.1-9.3。主要汽水回路材质选择见表1-1《常规岛回路材质选择》,与压水堆核电厂蒸汽发生器及运行参数存在差异。如沿袭压水堆核电厂常规岛回路的全挥发工况经分析发生FAC腐蚀、给水铁含量超标的可能性极大。因此需要适应型调整水化学工况,满足本项目的运行工况。

表1-1常规岛主回路材质选择26.png

对FAC影响主要因素有pH值、流速、温度、材料含铬量、氧浓度。其中pH值受到常规岛回路冷却剂金属钠限制,流速、温度与系统工艺有关,含铬量在材料选择时根据介质特性已确定,是不可变更因素。因此调整氧浓度是本项目可以优化的选择。

基于BN800同类型蒸汽发生器传热管材质及常规岛回路材质与超临界火电机组选材相同的情况下,本项目具备实现加氧工况的条件。并且结合相关文献及国内火电运行经验,如果示范快堆常规岛回路实施加氧-氨水化学工况(OT),可具备以下优势:

(1)铁离子含量降低,汽水品质得到提高,为机组安全稳定运行提供条件。 

(2)给水含铁量小,锅炉结垢速度低,蒸汽发生器化学清洗周期可延长。

(3)化学药品用量大幅度减少,停用被认为可致癌的联氨,减少酸碱废液排放,有利于环境保护。降低氨使用量。 

(4)增加了精处理系统周期制水量,降低精处理再生的酸、碱用量。

3. 加氧-氨水化学工况(OT)设计方案

结合国内火电运行经验及参考《火力发机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T12145-2016)、《火电厂汽水化学导则地 1 部分:直流锅炉给水加氧处理》( DL/T805.1-2011)等设计规范,本项目加氧具体实施方案如下:

3.1加氧控制参数

(1)加氧点:凝结水加药点、给水加药点;

(2)溶解氧的控制 :蒸汽发生器入口给水溶解氧含量控制在能保证修复热力系统氧化膜范围内,控制范围为10μg/L~40μg/L,期望值15μg/L~30μg/L;除氧器入口给水氧含量控制在30μg/L~100μg/L,期望控制值30μg/L~80μg/L; 

(3)给水pH值控制在8-9;  

3.2 AVT工况向加氧(OT工况)转化前提条件

(1)在确定将机组转化为加氧工况之前,应至少提前一个月停止联氨的加入。经验证明,停止加联氨的时间越长,转换过程所用的时间越短;

(2)转换前机组负荷稳定,水质稳定,给水的氢电导率≤0.15µs/cm。 水中的杂质多水质差时,在氧化环境下会加速腐蚀,如在氯离子作用发生络合反应影响保护膜的形成,从而加速腐蚀;( 2Fe2++H2O+1/2O2+8Cl-—2FeCl4-+2OH-);

(3)精处理系统投运; 

3.3加氧工艺注意要点

(1)机组加氧期间严格控制加氧量。 

(2)严格监督水质指标,若发生水质恶化立即停止加氧。 

(3)实时监督机组运行情况,机组异常时立即停止加氧。 

四、结论

 核电厂常规岛加氧技术是提高核电厂可靠性和经济性的重要手段。通过合理设计和实施加氧系统,可以有效减少腐蚀,提高水质,实现节能减排。然而,加氧过程中也面临一些挑战,需要通过严格的监测、安全评估和操作维护来确保系统的安全稳定运行。随着技术的不断发展和经验的积累,核电厂常规岛加氧技术将不断完善,为新一代核电厂的设计和运行配置出更优方案。

参考文献:

[1] 陈志和 电厂化学设备及系统 北京 :中国电力出版社 2006

[2] 陈颖 陈旭伟 俞明芳 周江 超超临界1000MW机组给水加氧技术的应用 :热力发电,2011.09

[3] 王金玲 660MW超超临界机组给水加氧技术的应用 清洗世界,2010.11

[4] 肖卓楠 白冬晓 徐鸿 陈伟鹏 李科 超临界机组给水加氧处理对流动加速腐蚀影响的研究 动力工程学报,2018.11

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