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汽轮机快速冷却论证及实施

编辑:   发布时间:2018-08-21

    针对汽轮机快速冷却方法,常规火电厂停机一般采用滑参数运行,通过调整主蒸汽压力和温度的方法达到调整负荷的目的。汽轮机负荷随蒸汽参数的降低而下降,汽轮机高压缸金属温度也相应下降。对比核电厂汽轮机组,因核岛主蒸汽压力维持稳定,无法参照该方式实行停机操作。另外,汽轮机在保养或检修时,为了减少冷却过程中缸体变形,缩短冷却时间,一般采用电加热空气,将热气吹入汽轮机,通过热气吹扫的办法,将汽轮机缸体内的热量带出,节省了大量冷却时间。由于核电半速汽轮机高中压缸壁厚薄,跨距大,缸体变形受温度影响明显,而且核电厂也无单独的热气对缸体进行冷却。

    针对百万级核电半速机高压缸停机快速冷却速率慢的问题,该技术主要是提供一种百万级核电半速汽轮机快速冷却方法,改进停机方式,加速汽缸冷却,以解决同类型机组汽轮机快速冷却速率慢的问题。该技术实施后可解决高压缸停机冷却速率慢的问题,节省了检修工期。

    宁德核电厂采用的是百万千瓦级(1000MW)压水堆核电技术方案,来自反应堆蒸汽发生器的主蒸汽通过4根主蒸汽管道进入高压缸做功后,流经4根高压缸排汽管道进入2台汽-水分离再热器(MSR)进行除湿再热,再热蒸汽通过4根中压蒸汽管道进入中压缸,最后由2根中压排汽管道进入2台低压缸继续做功。

    宁德核电汽轮机的新蒸汽为湿饱和蒸汽(约0.2%~0.4%的水份),蒸汽在高压缸膨胀作功后排汽湿度高达14.3%。如果此蒸汽被直接送往中压缸及低压缸,将会产生汽蚀和水锤,从而大大缩短机组的使用寿命。为避免出现这种情况,设计了汽水分离加热器系统(GSS)。高压缸的蒸汽作完功后,被送入到汽-水分离再热器(MSR);湿蒸汽在MSR中进行汽-水分离和再热,使进入中压缸的蒸汽为过热蒸汽,减低了对汽轮机叶片的冲蚀。由于中压缸入口温度的提高,增大了蒸汽的作功焓降,提高了机组的热效率。同时,GSS系统还起到了合理分配中压缸负荷、减轻高压缸负载的作用。具体流程如图1所示,来自反应堆蒸汽发生器的主蒸汽1作为二级再热器的加热汽源,分成两路进入二级再热器A列6、B列12,高压缸2第七级抽气19、18作为一级再热器的加热汽源,分成两路进入汽水一级再热器A列7、B列13,高压缸排气8、9到A列汽水分离再热器A列,高压缸排气14、15到列汽水分离再热器B列,从汽水二级再热器加热后进入作为中压缸3,经过A列汽水分离再热器后的两根管线10、11进入到中压缸3,经过B列汽水分离加热器后的两根管线16、17进入到中压缸3。

图1 整体结构示意图

    核电半速汽轮机快速冷却方式主要有两部分组成:8%Pn功率平台隔离二级加热器和延缓机组空载冷却时间。

    宁德核电厂汽轮机为单轴冲动式半速机组,由1台高、中压联合汽缸和2台对称分流式低压汽缸组成,高、中压缸进汽管均布置在联合汽缸中部,该区段温度在各种工况下最高。进入高压缸的蒸汽为饱和蒸汽,温度为280.1℃,压力为6.43MPa,高压缸排气温度为181℃,压力为0.95MPa,高压排气经过一级加热后蒸汽温度为218.1℃,然后经过二级加热后蒸汽温度为268.8℃。宁德核电厂正常机组解列降功率速率在3-5MW/min,在500MW平台高压缸缸温在260℃,200MW平台高压缸缸温在220℃,50MW平台高压缸缸温在200℃。结合高中压缸结构特点和现场系统布置情况,机组在8%功率平台将二级加热器加热汽源隔离阀关闭,即隔离二级加热器,将进入中压缸的进气温度降低,加速中压缸缸温的降低速率,进而促进高中压缸缸温下降速率,通过隔离二级加热器和延缓机组空载冷却时间的技术措施,高中压缸缸体冷却时间相对自然冷却可提前1.4天,该技术的采用,缩短了大修工期,为机组提前冲转发电提供了支撑,产生了明显的可计量的和持续的重大经济效益,大约可增加1400MW的发电量。

    选择8%Pn平台主要原因:一是10%Pn以上存在P10信号(2/4功率量程中子通量测量值超过定值(功率量程≥10%Pn),若是隔离二级加热器后,一级加热器存在故障需要隔离,叠加P10信号触发反应堆跳堆;二是反应堆控制10%Pn以下第一个平台就是8%Pn,堆芯物理会有相应的试验。

    汽轮机空载期间主要是对低压缸末及叶片影响较大,因此不允许长时间空载运行,若遇新机调试或大修后并网前一些必要的试验和检查(如发电机吹扫等),应尽量缩短时间,一般控制在6小时以内,同时严密监视低压缸排气温度、真空、低压缸喷水、疏水系统以及轴系振动状态是否正常;另外空载期间汽轮机调节系统(GRE)油动机动力油压存在明显的脉冲,尤其是中压调节阀,为减轻脉冲对GRE油动机软管的损伤,需尽量缩短空载运行时间。结合上述分析宁德核电厂空载运行时间一般控制在3小时以内。

    在8%Pn平台,隔离二级再热器6、12,将进入中压缸的进气温度降低,加速中压缸缸温的降低速率,进而促进高中压缸缸温下降速率。

    N101大修(宁德核电厂1号机第一次换料大修)停机后高中压缸自然冷却,汽机打闸至惰走结束,投主盘车时,高压缸缸温为194℃左右,冷却到150℃需要49小时56分。

    N102大修(宁德核电厂1号机第二次换料大修)在机组解列后,保持空载运行,关闭MSR二级再热器,保持将近3个小时,关闭加热器期间,高压平均每小时下降8℃,中压平均每小时下降25℃。冷却到150℃只需要15小时48分,冷却时间节省了将近34小时8分。

    N202大修(宁德核电厂2号机第二次换料大修)在机组解列后,保持空载运行,关闭MSR二级再热器,保持空载运行111min,隔离MSR二级再热器运行44min,机组冷却至150℃共使用18小时25分。

通过上述数据可知,该技术在百万级核电半速机缸温冷却过程中能有效提高缸温冷却速率,大大缩短了汽轮机机组冷却时间,为机组提前冲转发电提供了支撑,产生了明显的可计量的和持续的重大经济效益,每次快冷技术的实施大约可增加1400MW的发电量。(此专文摘自《88必发娱乐游戏》杂志文库,专文主创单位:福建宁德核电企业)

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