AP1000核電站1 250 MW機組循環(huán)水系統優(yōu)化運行研究

AP1000核電站1250MW機組循環(huán)水系統優(yōu)化運行研究邵樹(shù)峰中國電能成套設備有限公司,北京100011[摘要]凝汽器真空是影響機組出 力的主要因素之一,它主要取決于凝汽器與循環(huán)水的參數。.在不同循環(huán)水進(jìn)口溫度條件下,合理改變循環(huán)水流量是維持凝汽器真空的有效辦法。對于循環(huán)水流量不連續變化的循環(huán)水系統,確定其在機組不同負荷和循環(huán)水進(jìn)口溫度下最經(jīng)濟的循環(huán)水泵編組運行方式,對電廠(chǎng)的經(jīng)濟運行具有重要意義。針對國內AP1000核電機組,結合該機組熱力系統的特殊性,以變工況計算為基礎,依據循環(huán)水系統優(yōu)化數學(xué)模型,確定了在機組不同負荷和循環(huán)水進(jìn)口溫度下循環(huán)水系統的最佳運行方式,為機組優(yōu)化運行提供了依據。[關(guān)鍵詞] AP1000核電站;1 250 MW;循環(huán)水系統;熱力系統;運行優(yōu)化[中圖分類(lèi)號] TK264. 1[文獻標識碼] E[文章編號] 1002 - 3364<(2010)11 - 0065 -04[DOI編號] 10. 3969/j. issn. 1002 - 3364.2010.11. 065STUDY ON OPERATION OPTIMIZATION OF CIRCULATING WATERSYSTEM FOR 1 250 MW In AP1000 NUCLEAR POWER PLANTSHAO ShufengChina Electrie Energy Complete Set Equipment Co Ltd, Bejing 100011 ,PRCAbstract: The vacuum in condenser is one of the factors affecting the output capacity of unit, the saidvacuum depends mainly on the parameters of condenser and circulating water. An effective method formaintaining the vacuum in condenser is to change the flow rate of circulating water according to its dif-ferent inlet temperature. For the circulating water system, where the flow rate of circulating water can't be continuously changed,it is necessary to optimize the grouping operation of circulating water pumps電發(fā)at various loads of unit and at different inlet temperature of circulating water , and this has important技significance for economic operation of the power plant. Directing against the AP1000 nuclear power u-nit at home, combined with specialities of the thermodynamic system for said unit, the optimal opera-tion mode of circulating water system at different load of unit and different inlet temperature of the cir-culating water has been determined on the basis of calculation for variable operating conditions , and熱based on the mathematical model of circulating water system optimization, providing basis for opera-tion optimization of the unit.中國煤化工作者簡(jiǎn)介:邵樹(shù)峰(1979-),山東秦安人,博士,畢業(yè)于 西安交通大學(xué)熱能工程專(zhuān)業(yè),現為,HCNMHG采購與合同管理工首師。E- mail: shaoshufeng@cpcec. com65Key words: circulating water system;operation optimization;AP1000 nuclear power plant;1 250 MW;thermodynamic system截至2008年底我國核電總裝機容量為885萬(wàn)循環(huán)水出口溫度,C;Otw為循環(huán)水在凝汽器中的溫kW,占全國電力總裝機容量的1. 11%,而火電總裝機.升,C，Ot. =tm-tml ;δ, 為凝汽器的傳熱端差,C,8容量所占比例高達75. 87%。對煤炭的高度依賴(lài)給=t。-tn●工業(yè)生產(chǎn)、運輸和節能減排帶來(lái)巨大的壓力,發(fā)展核電根據凝汽器熱量平衡方程,循環(huán)水溫升:已成為優(yōu)化我國能源結構、保證能源安全、改善環(huán)境的(2優(yōu)先選擇。根據參考文獻[2],到2020年我國核電運行裝機容量爭取達到4 000萬(wàn)kW。隨著(zhù)國家經(jīng)濟與式中:D。為進(jìn)人凝汽器的汽輪機排汽流量,kg/s;G.電力發(fā)展的需要,這一規模還可能調整到6000萬(wàn)kW為循環(huán)水流量,kg/s;qn為1 kg排汽在凝汽器中的凝以上。結放熱量,kJ/kg;cw為循環(huán)水的比熱容, kJ/(kg隨著(zhù)核電裝機容量的迅速增加,考慮到核電機組般帶基本負荷運行,其運行經(jīng)濟性將成為重要研究根據傳熱方程,凝汽器傳熱端差:課題。核電站循環(huán)水系統的優(yōu)化運行,將有效提高凝δ.=(n-lun)exp(- C.G)(3)汽器真空,從而使汽輪機出力增加，節約廠(chǎng)用電。根據式中:k為凝汽器傳熱系數，kW/(m. C);F。為凝汽AP1000核電機組的特點(diǎn),探求機組不同負荷和循環(huán)器傳熱面積,m’。水進(jìn)口溫度下最經(jīng)濟的循環(huán)水泵(簡(jiǎn)稱(chēng)循泵)編組運行方式,為機組今后的運行提供依據。2AP1000核電機組熱力系統計算1凝汽器 壓力計算AP1000核電機組(1 250 MW級)熱力系統見(jiàn)圖凝汽器真空由凝汽器壓力決定,而凝汽器壓力通1。熱力系統采用7段抽汽,汽水分離再熱器(MSR)過(guò)凝汽器的飽和水溫度來(lái)確定。凝汽器壓力pa所對為兩級再熱。高壓加熱器(高加)的疏水逐級自流至除氧器,3號.4號低壓加熱器(低加)疏水經(jīng)疏水泵打人應的飽和水溫度t。為間to=2w+Ot.+δ(1)主凝結水管道,位于凝汽器喉部的1號、2號低加疏水.式中,to為循環(huán)水進(jìn)口溫度(簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)水溫),C;in為逐級自流至凝汽器熱井。主蒸汽再熱蒸汽瓜缸低壓缸.發(fā)“汽水分離器再熱器電發(fā)生器技J h.tuhtytha白自白a.|i0自自由自自自中凝汽器壇⑦內“中國煤化工圈1 AP1000 核電機維MYHCNMHG66由于回熱系統的不同,核電機組二回路熱力系統OP=△P.-△P,(7)的計算比常規火電機組更為復雜,需要針對汽水分離式中:OP.是循環(huán)水流量增大引起的機組出力的增值，器和再熱器進(jìn)行單獨計算[4] ,得出汽水分離器的疏水kW;OP,是循環(huán)水流量增大引起的循泵耗功增值，份額和一-級、二級再熱器所用的加熱蒸汽份額。kW。在不同循環(huán)水溫、流量及機組負荷下,△P最大根據汽水分離器和再熱器的能量平衡,可得:值曲線(xiàn)即為機組循環(huán)水系統最佳運行曲線(xiàn),相應最優(yōu)a=n二Aa∞(4)編組運行方式。式(7)目標函數求解的關(guān)鍵是確定不同循環(huán)水流at =中二=aa(5)量下機組出力的增值△P..由于循環(huán)水流量的不連續h'- Thl性,在已知機組出力和循環(huán)水溫下,循泵的運行規則hn二hlag(6)為:若多開(kāi)或者少開(kāi)1臺循泵時(shí),應使0P>0;否則,應ho- The .式中:aman、anavah分別為汽水分離器疏水份額.一當保持循泵運行臺數不變,從而使循環(huán)水系統達到經(jīng)級、二級再熱器加熱蒸汽份額和再熱蒸汽份額;hs、hw、濟的運行狀態(tài)。htl、ht、h'、ho分別為五段抽汽、汽水分離器出口蒸在設備配置確定的條件下,循環(huán)水流量的變化將汽、一級、二級再熱器出口蒸汽及加熱蒸汽的比焓值,.引起凝汽器真空變化,從而帶來(lái)機組出力的變化。因kJ/kg;Z.、動(dòng)分別為汽水分離器.一 級、二級再熱此,必須基于凝汽器真空和機組熱力系統的變工況計器疏水比焓值,kJ/kg.算,確定循環(huán)水流量變化對機組出力的影響。根據機組的熱力系統計算[5] ,結合式(4)~(6),可以得到熱力系統計算結果見(jiàn)表1.3.2循環(huán)水系 統最佳運行方式計算結合凝汽器壓力及AP1000核電機組熱力系統的表1熱力系統計算結果計算方法,可進(jìn)行循環(huán)水系統最佳運行方式的計算:在項目水側焓升η汽側放熱量q; 疏水放熱量2;抽汽份額不同的循環(huán)水溫下,首先選定機組負荷,計算出主蒸汽/kJ.kg-' /kJ. kg~/kJ. kg-'流量,再按照主蒸汽流量，改變循泵運行臺數,計算出1號160.71 921.9157. 10.048 18機組相應的出力,得出△P.然后改變機組負荷,重復2號64.31 594. 30. 024 19計算得出一系列的△P,而OP=0的點(diǎn),即為循泵運行加3號119. 72298.2.143. 40.032 60臺數的切換點(diǎn)。器4號1132293.1.0.032 78.6號107.51 747.4100.40.049 06圖2為循環(huán)水流量不變條件下,凝汽器壓力隨著(zhù)7號116.81 784.900.057 34機組負荷和循環(huán)水溫的變化曲線(xiàn)。從圖2中看出,凝174.11 953. 7204.10. 061 88汽器壓力隨著(zhù)機組負荷和循環(huán)水溫的增加而升高,特ax-0.091 66;0h1=0. 047 85$aha=0. 026 96別是在循環(huán)水溫比較高時(shí),凝汽器壓力增加幅度越來(lái).越大,真空變差,將嚴重影響機組的出力。因此,必須3循環(huán)水系統優(yōu)化運行通過(guò)多開(kāi)循泵臺數來(lái)增大循環(huán)水流量,改善凝汽器真空,提高汽輪機出力。發(fā)3.1 優(yōu)化運行分析10在機組負荷和循環(huán)水溫一定的情況下，隨著(zhù)循環(huán)些水流量的增加,凝汽器真空提高,汽輪機的出力增加，云但同時(shí)循泵的耗功亦隨之增多,抵償汽輪機出力增加的收益,使汽輪機的增發(fā)出力與循泵耗功之差達到最勢大值的循環(huán)水流量稱(chēng)最佳循環(huán)水流量,相應的凝汽器真空稱(chēng)最佳真空[0，而此時(shí)的循泵編組運行方式為最備宮優(yōu)編組運行方式。對于循環(huán)水流量不能連續調節(即中國煤化工循泵動(dòng)葉不可調)的機組,只能通過(guò)改變循泵的不同編TYHCN M H G1200 1400組方式對循環(huán)水流量進(jìn)行間斷調節。在此情況下,循P。/MW環(huán)水系統優(yōu)化運行的目標函數為:圍2凝汽器壓力隨機組 負荷和循環(huán)水溫的變化7圖3為3臺循泵比2臺循泵運行時(shí)的汽輪機出力了機組在不同負荷下主蒸汽流量和熱耗率的計算值，增值。從圖3中看出,當循環(huán)水溫、機組負荷較低時(shí)，并且與設計值進(jìn)行了比較(表2)。從表2中數據看運行3臺循泵提高真空而獲得的汽輪機出力增值不足出,在40%~100%機組負荷范圍內,計算值和設計值以抵消循泵本身的耗功值,在這種情況下,機組只需要的誤差均小于1%o,從而可以驗證計算方法的合理性。運行2臺循泵。在冷卻水溫較高、機組負荷較大時(shí),運行3臺循泵比2臺循泵獲得汽輪機出力增值較大,而表2不同負荷下主蒸汽流和熱耗率設計值和計算值的比較且隨著(zhù)循環(huán)水溫以及機組負荷的升高，此時(shí)運行3臺功率/MW主蒸汽流量/t.h-T熱耗率/k小.(kW.h)-T設計值計算值循泵能夠顯著(zhù)提高全廠(chǎng)經(jīng)濟性。1253. 06 799. 06 799.79 811.69 810.81 127.76 107.56 108.19 936. 69 936. 8939.85 093. 35 089. 110 175.810168. 7626.53461. 83 463.510 820.410 825.7501.22 826. 02 825.011 261.011 256. 8最大相對0.080.07偏差/%4結語(yǔ)4005000080001012001300P/MW針對AP1000核電站1 250 MW機組熱力系統特圈3 3臺循泵比2臺循泵運行時(shí)汽輪機出力增值點(diǎn),給出了熱力系統計算的方法,在此基礎上結合凝汽器壓力的計算,得出了該機組循環(huán)水系統最佳運行方圖4給出了在機組不同負荷、循環(huán)水溫下循泵的式的計算方法和循環(huán)水系統優(yōu)化運行區域圖,對于優(yōu)化運行區域。從圖4中看出,在機組負荷較低以及AP1000核電機組循環(huán)水系統優(yōu)化運行具有指導作循環(huán)水溫較低時(shí),只需2臺循泵運行;在機組負荷較大用。以及循環(huán)水溫較高時(shí),需要3臺循泵運行。[參考文獻]1300-1 200F3臺循泵運行區域[1] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì ).2008年全國電力工業(yè)統計快報一1 100覽表[R].2008.3I000[2] 國家發(fā)改委.《核電中長(cháng)期發(fā)展規劃》(2005 - 2020年)900[R]. 2007.oof[3] 林萬(wàn)超.火電廠(chǎng)熱系統節能理論[M].西安:西安交通大[2臺循泉運行區域oo學(xué)出版社,1994.發(fā)502 610141822630[4] 楊豫森,嚴俊杰,劉立成,等.壓水堆核電機組二回路熱力6.n/'系統計算的研究[J].熱能動(dòng)力工程,2004,19(1) :25 - 28.技團4循泵的優(yōu)化運行區域[5] 嚴俊杰,等.發(fā)電廠(chǎng)熱力系統及設備[M].西安:西安交通術(shù)大學(xué)出版社,2003.壇6] 崔修強,馮仁海.300 MW機組循環(huán)水系統最優(yōu)運行方式3.3計算方法合 理性驗證的研究[J].江西電力,2005 ,29(4);1-5. .為了驗證本文計算方法的合理性,通過(guò)計算得到勢第發(fā)39 電中國煤化工歡迎訂閱”1歡迎投稿HCNMH(后廣告明068