核電技術(shù)論文(2)
核電技術(shù)論文篇二
核電站常規(guī)島節(jié)能技術(shù)分析
摘要:福清核電一期工程常規(guī)島設(shè)計(jì)中,采用了1500半轉(zhuǎn)數(shù)汽輪機(jī)及汽輪機(jī)廠房整體布置降低7.5米標(biāo)高兩項(xiàng)重要節(jié)能措施:半轉(zhuǎn)數(shù)汽輪機(jī)由于提高了通流部分效率及增大了排汽面積,減小了排汽損失,從而提高了機(jī)組熱效率;汽機(jī)房整體布置標(biāo)高降低可大大減少循環(huán)水的被提升高度,可降低循環(huán)水泵的出水揚(yáng)程,從而減少循泵電機(jī)的電力消耗,減少電站的運(yùn)行費(fèi)用,達(dá)到節(jié)能的目的。
關(guān)鍵詞:半轉(zhuǎn)數(shù)廠房降標(biāo)高循環(huán)水泵揚(yáng)程土建節(jié)能
中圖分類號(hào): TL4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-3973(2010) 08-102-03
1概述
福清核一期工程項(xiàng)目采用M310二代加改進(jìn)堆型技術(shù)路線,以嶺澳Ⅰ(Ⅱ)期核電工程為參考并加以適當(dāng)改進(jìn),第一臺(tái)機(jī)組已于2008年11月21日澆灌第一罐混凝土,計(jì)劃2013年投產(chǎn)。根據(jù)項(xiàng)目廠址條件,為了提高核電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,提高節(jié)能效果,常規(guī)島設(shè)計(jì)選擇了半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)和汽機(jī)房降標(biāo)高布置方案:汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速采用1500r/min;汽機(jī)房7.50米。本文將簡(jiǎn)要介紹半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)及降標(biāo)高布置方案
2半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)節(jié)能分析
核電汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速有全轉(zhuǎn)速和半轉(zhuǎn)速兩種。從全世界范圍看,以半轉(zhuǎn)速機(jī)居多。我國(guó)電網(wǎng)頻率為50Hz,全轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為3000r/min,半轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1500r/min。
2.1半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)與全轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的應(yīng)用比較
全轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)組和汽輪發(fā)電機(jī)組:屬于成熟技術(shù),為我國(guó)現(xiàn)有核電站普遍采用,已積累了一定的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但1000MWe及以上容量的大型核電機(jī)組,在世界范圍內(nèi)只有少數(shù)供貨商生產(chǎn)全轉(zhuǎn)速機(jī)。
半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)組和汽輪發(fā)電機(jī)組:半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)組和汽輪發(fā)電機(jī)組已在國(guó)內(nèi)核電站有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)(秦山三期),在建的嶺澳二期也是采用半轉(zhuǎn)速機(jī)組。國(guó)外大多數(shù)核電機(jī)組,特別是大型核電機(jī)組多采用半轉(zhuǎn)速機(jī)組,世界范圍內(nèi)設(shè)備制造商也比較多,有很成熟的制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),有利于采用國(guó)際競(jìng)標(biāo)方式尋求合作伙伴
2.2半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)與全轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的效率比較分析:
在機(jī)組入口參數(shù)確定的情況下,汽輪機(jī)組的效率主要取決于通流部分效率和排汽損失等方面。
在現(xiàn)代汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中由于采用現(xiàn)代流體力學(xué)計(jì)算技術(shù)和采用三維優(yōu)化設(shè)計(jì),使汽輪機(jī)通流部分效率有明顯的提高。無(wú)論是全轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)還是半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī),對(duì)通流部分效率已逐漸達(dá)到實(shí)際的極限值。相比來(lái)看,半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)由于葉片較長(zhǎng)、級(jí)數(shù)較少等結(jié)構(gòu)特點(diǎn),通流部分效率比全轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)略高一些。
排汽損失主要指余速損失,在蒸汽流量一定的情況下,排汽面積越大,余速越低,余速損失越小。所以要減少排汽損失,就需要較長(zhǎng)的汽輪機(jī)末級(jí)葉片,以增大排汽面積。半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)由于末級(jí)葉片可以設(shè)計(jì)得較長(zhǎng)從而可以提供較大的排汽面積,減少了排汽損失,提高了汽輪機(jī)的熱效率。
總的來(lái)說(shuō),半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)效率比全轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)高。一般來(lái)說(shuō),1500r/min汽輪機(jī)熱效率比3000r/min汽輪機(jī)約高1~2%,相當(dāng)于出力增加3~6%。
2.3半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)小結(jié)
半轉(zhuǎn)速和全轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī)的效率基本相當(dāng),根據(jù)現(xiàn)有資料以相同的反應(yīng)堆熱功率所能發(fā)出的電功率,半轉(zhuǎn)速機(jī)要比全轉(zhuǎn)速機(jī)可多發(fā)1.042～1.058。1000MW級(jí)核電站選用半轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī),在制造材料和工時(shí)費(fèi)方面要比全轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī)增加投資,但采用半轉(zhuǎn)速機(jī)組使核電站發(fā)出的電功率提高,則核電站的單位功率造價(jià)仍下降,考慮到半轉(zhuǎn)速機(jī)組熱效率比全轉(zhuǎn)速機(jī)組高,運(yùn)行費(fèi)用半轉(zhuǎn)速機(jī)組也將比全轉(zhuǎn)速機(jī)組低。
3汽機(jī)房底層降低標(biāo)高
汽機(jī)房零米層合理標(biāo)高是綜合考慮凝汽器第一排管頂標(biāo)高、海水潮位、電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等多方面因素,經(jīng)技術(shù)論證后確定;而核電廠廠址地坪標(biāo)高是根據(jù)濱海核電廠防洪要求確定的,因此廠址地坪標(biāo)高往往高于汽機(jī)房零米層合理標(biāo)高。參考電站的汽機(jī)房零米層與廠址地坪幾乎在同一標(biāo)高上,海水循環(huán)冷卻水的提升高度較大,循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用增加,降低電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
目前,多數(shù)國(guó)內(nèi)外新建核電廠充分利用虹吸高度,降低汽機(jī)房零米層標(biāo)高,減小虹吸損失,使循環(huán)水泵的幾何揚(yáng)程盡可能地小,從而提高電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。福清核電ⅠⅡ期項(xiàng)目循環(huán)水系統(tǒng)采用直流循環(huán)冷卻方式,設(shè)計(jì)虹吸利用高度為7.5m,降標(biāo)高后減少了循環(huán)水的提升高度(見附圖一),可大大降低循泵運(yùn)行費(fèi)用。
3.1國(guó)內(nèi)常規(guī)島廠房降標(biāo)高應(yīng)用
國(guó)內(nèi)不少核電站在常規(guī)島廠房設(shè)計(jì)中都采用了降標(biāo)高方案,降低了循環(huán)水泵提升揚(yáng)程,進(jìn)而減少了此設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用,給電站帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
國(guó)內(nèi)已建核電廠汽機(jī)房零米層標(biāo)高比較表
秦山一、二、三期汽機(jī)房降低標(biāo)高經(jīng)濟(jì)效益比較表
注:該表引自秦山第三核有限公司錢劍秋總工的論文《秦山重水堆核電廠的主要設(shè)計(jì)改進(jìn)》
3.2汽機(jī)房降標(biāo)高方案的技術(shù)分析
3.2.1 汽機(jī)房底層標(biāo)高方案的選擇
汽機(jī)房負(fù)挖的根本目的是為了充分利用虹吸高度,使循環(huán)水泵的幾何揚(yáng)程達(dá)到最小。一般國(guó)內(nèi)國(guó)外工程中虹吸利用高度為7～8m,福清核電項(xiàng)目汽機(jī)房底層標(biāo)高按采用降低7.5米的布置方式,主要綜合考慮了以下因素:
(1)循環(huán)水泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性要求,同時(shí)考慮機(jī)組運(yùn)行的安全性要求。
(2)汽機(jī)房各主要層布置優(yōu)化要求。
(3)給水泵起吊空間的要求
(4)凝汽器頸部低加抽芯的要求。
(5)循環(huán)水管道GD溝、重要廠用水管道GA溝、綜合管廊GB溝與汽機(jī)房之間的布置合理性要求等。
以零米層布置為基準(zhǔn),從最大程度減小循環(huán)水泵幾何揚(yáng)程的角度出發(fā)并根據(jù)汽機(jī)房分三層布置的特點(diǎn)(零米層、夾層、運(yùn)轉(zhuǎn)層)選用了降標(biāo)高11.73m和7.5m這兩種方案,并進(jìn)行了對(duì)比分析。由于三十三年一遇低潮位出現(xiàn)的機(jī)率很低,按其來(lái)選擇循泵參數(shù)不科學(xué),按目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工程的做法,選擇循環(huán)水泵揚(yáng)程時(shí)考慮實(shí)際運(yùn)行工況,按年平均低潮位-2.28m做為設(shè)計(jì)輸入,作為設(shè)計(jì)低潮位。汽機(jī)房凝汽器室底層至凝汽器水室頂部高度,汽輪機(jī)廠家東方電氣提供的數(shù)據(jù)為6.1m;虹吸井至排水口的水頭損失應(yīng)計(jì)入循環(huán)水泵的幾何揚(yáng)程,根據(jù)核二院的資料約為0.3m。
汽機(jī)房地面布置與降標(biāo)高(兩種方案)循泵參數(shù)對(duì)照
3.2.2汽機(jī)房降標(biāo)高布置的經(jīng)濟(jì)分析
汽機(jī)房降標(biāo)高,在工程建造階段需要增加工程量和投資費(fèi)用,但電站長(zhǎng)期的運(yùn)行階段將降低廠用電率節(jié)約運(yùn)行成本。以下將從運(yùn)行費(fèi)用和工程投資費(fèi)用兩方面比較汽機(jī)房地上布置和半地下布置在經(jīng)濟(jì)性方面的區(qū)別。
(1)運(yùn)行費(fèi)用比較
循環(huán)水泵的揚(yáng)程=幾何揚(yáng)程+總水頭損失
汽機(jī)房降標(biāo)高布置對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的總水頭損失影響很小,所以幾何揚(yáng)程變化是循環(huán)水泵揚(yáng)程變化的主要因素。
循環(huán)水泵的幾何揚(yáng)程是虹吸井堰上水位與設(shè)計(jì)低水位的差值,而堰上水位是凝汽器第一排管子頂標(biāo)高扣除虹吸利用高度確定的。循泵的幾何揚(yáng)程HA為:
式中:
HB��凝汽器第一排管子頂標(biāo)高,汽機(jī)房地上式布置為17.25m,汽機(jī)房半地下式布置為9.75m;
HC��虹吸利用高度,一般取7-8m,本工程取7.5m;
HL��設(shè)計(jì)低水位,本工程取平均低潮位-2.28m。
根據(jù)上式,汽機(jī)房地上布置時(shí),循泵幾何揚(yáng)程為12.03m,汽機(jī)房半地下式布置時(shí)循泵幾何揚(yáng)程為4.53m。
循環(huán)水泵的電機(jī)功率主要取決于循環(huán)水泵的流量、揚(yáng)程和水泵的效率。本工程循環(huán)水系統(tǒng)按一機(jī)兩泵、雙泵運(yùn)行設(shè)置。單臺(tái)循泵的電機(jī)功率差值N(kW)為:
式中:
K��為動(dòng)力機(jī)的安全系數(shù),取1.15;
r��海水的容重,取1.03×1000;
Q��循環(huán)水泵的流量,取27.75;
H��為循環(huán)水泵的揚(yáng)程差值,為7.50m;
η��渦殼循環(huán)水泵的效率取0.87。
單臺(tái)循環(huán)水泵的電機(jī)功率差值N為2778kW。本工程2×1000MW機(jī)組(共4臺(tái)循泵),按負(fù)荷因子80%估算,年運(yùn)行小時(shí)7008小時(shí)、上網(wǎng)電價(jià)386,當(dāng)降標(biāo)高布置后,循泵總的年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省約3006萬(wàn)元。
(2)其它費(fèi)用情況
1)給水泵揚(yáng)程增加運(yùn)行費(fèi)用比較
汽機(jī)房整體下降7.50m后,除氧器標(biāo)高也要同步下降,因此,給水泵揚(yáng)程也需增加,大約需要增加8.5m,給水泵電機(jī)容量增加約181kW,按年運(yùn)行7008小時(shí)計(jì)算,給水泵電機(jī)年耗電量增加1.27×106kWh。本期工程兩臺(tái)機(jī)組給水泵電機(jī)年耗電量需增加2.54×106kWh,上網(wǎng)電價(jià)386元/MWh計(jì)算,即需增加年運(yùn)行費(fèi)用約98萬(wàn)元。
2)主廠房通風(fēng)運(yùn)行費(fèi)用比較
汽機(jī)房整體下降7.50m后,采用機(jī)械送風(fēng)方式,汽機(jī)房增加機(jī)械送風(fēng)量,相應(yīng)增加送風(fēng)機(jī)組用電量180KW/小時(shí)/臺(tái),年運(yùn)行時(shí)間按7008小時(shí),按13臺(tái)送風(fēng)機(jī)組計(jì)算,增加耗電量10091520KWh,上網(wǎng)電價(jià)按386元/MWh計(jì)算,則2臺(tái)機(jī)組每年需增加運(yùn)行費(fèi)用約390萬(wàn)元。
(3)工程量增加問題
采用汽機(jī)房整體降低標(biāo)高方案后,主要影響的工程量增加有以下幾項(xiàng):
主要管道工程量
汽機(jī)房負(fù)挖工程量、
汽機(jī)房結(jié)構(gòu)工程量、
循環(huán)水取排水管道(溝)工程量、
消防排水設(shè)施工程量、
采暖通風(fēng)設(shè)施工程量
3.3汽機(jī)房降標(biāo)高方案小結(jié)
(1)從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較,汽機(jī)房整體降標(biāo)高布置,使工程總投資費(fèi)用增加約4798萬(wàn)元,但循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用每年可節(jié)約3006萬(wàn)元,扣除主給水泵/采暖通風(fēng)等運(yùn)行費(fèi)用的增加,整體運(yùn)行費(fèi)用每年可節(jié)約2676萬(wàn)元,預(yù)計(jì)2年內(nèi)就可以收回總投資增加的成本;40年的壽期內(nèi),長(zhǎng)期運(yùn)行的節(jié)能效益是非常可觀的。
(2)汽機(jī)房零米層標(biāo)高降低方案雖然在技術(shù)上有一定的難度,而且接口處理和計(jì)算分析的工作量也比較大,特別是常規(guī)島和核島設(shè)計(jì)院之間的接口配合和常規(guī)島本身帶來(lái)的設(shè)計(jì)變化和分析計(jì)算工作量相當(dāng)大,經(jīng)過項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)階段分析和研究及專家評(píng)審,認(rèn)為:標(biāo)高降低方案技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上有利,在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)、施工和安裝中的各階段需做認(rèn)真而細(xì)致的工作。
(3)汽機(jī)房標(biāo)高降低方案的工作將貫穿于項(xiàng)目的各階段,目前,項(xiàng)目施工圖剛剛開始,標(biāo)高降低方案所帶來(lái)的新的問題和新任務(wù)才處理了很少的一部分,接下來(lái)還有大量的問題需要盡快處理,由于這些問題的處理需要各單位通力協(xié)助、密切配合,不僅需要常規(guī)島和核島設(shè)計(jì)院之間的配合,而且需要設(shè)計(jì)院與制造廠之間、設(shè)計(jì)院與施工安裝單位之間的大力協(xié)助。
(4)由于汽機(jī)房標(biāo)高降低7.50m后,設(shè)計(jì)和施工工作量增加,需要對(duì)工程進(jìn)度各項(xiàng)工作作更加全面、合理的分析和安排,通過強(qiáng)化管理,將設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)和施工等各環(huán)節(jié)中的進(jìn)度潛力進(jìn)一步發(fā)揮,將進(jìn)度中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的難點(diǎn)工作進(jìn)一步分解和消化,以滿足項(xiàng)目主節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)要求。
參考文獻(xiàn):
[1]曹斌,張超,張杰,劉敏義,劉愛勤,韓燕,等.汽機(jī)房標(biāo)高設(shè)置專題分析.
[2]錢劍秋.秦山重水堆核電廠的主要設(shè)計(jì)改進(jìn).
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