AP1000核电站1 250 MW机组循环水系统优化运行研究

AP1000核电站1250MW机组循环水系统优化运行研究邵树峰中国电能成套设备有限公司,北京100011[摘要]凝汽器真空是影响机组出 力的主要因素之一,它主要取决于凝汽器与循环水的参数。.在不同循环水进口温度条件下,合理改变循环水流量是维持凝汽器真空的有效办法。对于循环水流量不连续变化的循环水系统,确定其在机组不同负荷和循环水进口温度下最经济的循环水泵编组运行方式,对电厂的经济运行具有重要意义。针对国内AP1000核电机组,结合该机组热力系统的特殊性,以变工况计算为基础,依据循环水系统优化数学模型,确定了在机组不同负荷和循环水进口温度下循环水系统的最佳运行方式,为机组优化运行提供了依据。[关键词] AP1000核电站;1 250 MW;循环水系统;热力系统;运行优化[中图分类号] TK264. 1[文献标识码] E[文章编号] 1002 - 3364<(2010)11 - 0065 -04[DOI编号] 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电发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热based on the mathematical model of circulating water system optimization, providing basis for opera-tion optimization of the unit.中国煤化工作者简介:邵树峰(1979-),山东秦安人,博士,毕业于 西安交通大学热能工程专业,现为,HCNMHG采购与合同管理工首师。E- mail: shaoshufeng@cpcec. com65Key words: circulating water system;operation optimization;AP1000 nuclear power plant;1 250 MW;thermodynamic system截至2008年底我国核电总装机容量为885万循环水出口温度,C;Otw为循环水在凝汽器中的温kW,占全国电力总装机容量的1. 11%,而火电总装机.升,C，Ot. =tm-tml ;δ, 为凝汽器的传热端差,C,8容量所占比例高达75. 87%。对煤炭的高度依赖给=t。-tn●工业生产、运输和节能减排带来巨大的压力,发展核电根据凝汽器热量平衡方程,循环水温升:已成为优化我国能源结构、保证能源安全、改善环境的(2优先选择。根据参考文献[2],到2020年我国核电运行装机容量争取达到4 000万kW。随着国家经济与式中:D。为进人凝汽器的汽轮机排汽流量,kg/s;G.电力发展的需要,这一规模还可能调整到6000万kW为循环水流量,kg/s;qn为1 kg排汽在凝汽器中的凝以上。结放热量,kJ/kg;cw为循环水的比热容, kJ/(kg随着核电装机容量的迅速增加,考虑到核电机组般带基本负荷运行,其运行经济性将成为重要研究根据传热方程,凝汽器传热端差:课题。核电站循环水系统的优化运行,将有效提高凝δ.=(n-lun)exp(- C.G)(3)汽器真空,从而使汽轮机出力增加，节约厂用电。根据式中:k为凝汽器传热系数，kW/(m. C);F。为凝汽AP1000核电机组的特点,探求机组不同负荷和循环器传热面积,m’。水进口温度下最经济的循环水泵(简称循泵)编组运行方式,为机组今后的运行提供依据。2AP1000核电机组热力系统计算1凝汽器 压力计算AP1000核电机组(1 250 MW级)热力系统见图凝汽器真空由凝汽器压力决定,而凝汽器压力通1。热力系统采用7段抽汽,汽水分离再热器(MSR)过凝汽器的饱和水温度来确定。凝汽器压力pa所对为两级再热。高压加热器(高加)的疏水逐级自流至除氧器,3号.4号低压加热器(低加)疏水经疏水泵打人应的饱和水温度t。为间to=2w+Ot.+δ(1)主凝结水管道,位于凝汽器喉部的1号、2号低加疏水.式中,to为循环水进口温度(简称循环水温),C;in为逐级自流至凝汽器热井。主蒸汽再热蒸汽瓜缸低压缸.发“汽水分离器再热器电发生器技J h.tuhtytha白自白a.|i0自自由自自自中凝汽器坛⑦内“中国煤化工圈1 AP1000 核电机维MYHCNMHG66由于回热系统的不同,核电机组二回路热力系统OP=△P.-△P,(7)的计算比常规火电机组更为复杂,需要针对汽水分离式中:OP.是循环水流量增大引起的机组出力的增值，器和再热器进行单独计算[4] ,得出汽水分离器的疏水kW;OP,是循环水流量增大引起的循泵耗功增值，份额和一-级、二级再热器所用的加热蒸汽份额。kW。在不同循环水温、流量及机组负荷下,△P最大根据汽水分离器和再热器的能量平衡,可得:值曲线即为机组循环水系统最佳运行曲线,相应最优a=n二Aa∞(4)编组运行方式。式(7)目标函数求解的关键是确定不同循环水流at =中二=aa(5)量下机组出力的增值△P..由于循环水流量的不连续h'- Thl性,在已知机组出力和循环水温下,循泵的运行规则hn二hlag(6)为:若多开或者少开1台循泵时,应使0P>0;否则,应ho- The .式中:aman、anavah分别为汽水分离器疏水份额.一当保持循泵运行台数不变,从而使循环水系统达到经级、二级再热器加热蒸汽份额和再热蒸汽份额;hs、hw、济的运行状态。htl、ht、h'、ho分别为五段抽汽、汽水分离器出口蒸在设备配置确定的条件下,循环水流量的变化将汽、一级、二级再热器出口蒸汽及加热蒸汽的比焓值,.引起凝汽器真空变化,从而带来机组出力的变化。因kJ/kg;Z.、动分别为汽水分离器.一 级、二级再热此,必须基于凝汽器真空和机组热力系统的变工况计器疏水比焓值,kJ/kg.算,确定循环水流量变化对机组出力的影响。根据机组的热力系统计算[5] ,结合式(4)~(6),可以得到热力系统计算结果见表1.3.2循环水系 统最佳运行方式计算结合凝汽器压力及AP1000核电机组热力系统的表1热力系统计算结果计算方法,可进行循环水系统最佳运行方式的计算:在项目水侧焓升η汽侧放热量q; 疏水放热量2;抽汽份额不同的循环水温下,首先选定机组负荷,计算出主蒸汽/kJ.kg-' /kJ. kg~/kJ. kg-'流量,再按照主蒸汽流量，改变循泵运行台数,计算出1号160.71 921.9157. 10.048 18机组相应的出力,得出△P.然后改变机组负荷,重复2号64.31 594. 30. 024 19计算得出一系列的△P,而OP=0的点,即为循泵运行加3号119. 72298.2.143. 40.032 60台数的切换点。器4号1132293.1.0.032 78.6号107.51 747.4100.40.049 06图2为循环水流量不变条件下,凝汽器压力随着7号116.81 784.900.057 34机组负荷和循环水温的变化曲线。从图2中看出,凝174.11 953. 7204.10. 061 88汽器压力随着机组负荷和循环水温的增加而升高,特ax-0.091 66;0h1=0. 047 85$aha=0. 026 96别是在循环水温比较高时,凝汽器压力增加幅度越来.越大,真空变差,将严重影响机组的出力。因此,必须3循环水系统优化运行通过多开循泵台数来增大循环水流量,改善凝汽器真空,提高汽轮机出力。发3.1 优化运行分析10在机组负荷和循环水温一定的情况下，随着循环些水流量的增加,凝汽器真空提高,汽轮机的出力增加，云但同时循泵的耗功亦随之增多,抵偿汽轮机出力增加的收益,使汽轮机的增发出力与循泵耗功之差达到最势大值的循环水流量称最佳循环水流量,相应的凝汽器真空称最佳真空[0，而此时的循泵编组运行方式为最备宫优编组运行方式。对于循环水流量不能连续调节(即中国煤化工循泵动叶不可调)的机组,只能通过改变循泵的不同编TYHCN M H G1200 1400组方式对循环水流量进行间断调节。在此情况下,循P。/MW环水系统优化运行的目标函数为:围2凝汽器压力随机组 负荷和循环水温的变化7图3为3台循泵比2台循泵运行时的汽轮机出力了机组在不同负荷下主蒸汽流量和热耗率的计算值，增值。从图3中看出,当循环水温、机组负荷较低时，并且与设计值进行了比较(表2)。从表2中数据看运行3台循泵提高真空而获得的汽轮机出力增值不足出,在40%~100%机组负荷范围内,计算值和设计值以抵消循泵本身的耗功值,在这种情况下,机组只需要的误差均小于1%o,从而可以验证计算方法的合理性。运行2台循泵。在冷却水温较高、机组负荷较大时,运行3台循泵比2台循泵获得汽轮机出力增值较大,而表2不同负荷下主蒸汽流和热耗率设计值和计算值的比较且随着循环水温以及机组负荷的升高，此时运行3台功率/MW主蒸汽流量/t.h-T热耗率/k小.(kW.h)-T设计值计算值循泵能够显著提高全厂经济性。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最大相对0.080.07偏差/%4结语4005000080001012001300P/MW针对AP1000核电站1 250 MW机组热力系统特圈3 3台循泵比2台循泵运行时汽轮机出力增值点,给出了热力系统计算的方法,在此基础上结合凝汽器压力的计算,得出了该机组循环水系统最佳运行方图4给出了在机组不同负荷、循环水温下循泵的式的计算方法和循环水系统优化运行区域图,对于优化运行区域。从图4中看出,在机组负荷较低以及AP1000核电机组循环水系统优化运行具有指导作循环水温较低时,只需2台循泵运行;在机组负荷较大用。以及循环水温较高时,需要3台循泵运行。[参考文献]1300-1 200F3台循泵运行区域[1] 中国电力企业联合会.2008年全国电力工业统计快报一1 100览表[R].2008.3I000[2] 国家发改委.《核电中长期发展规划》(2005 - 2020年)900[R]. 2007.oof[3] 林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安:西安交通大[2台循泉运行区域oo学出版社,1994.发502 610141822630[4] 杨豫森,严俊杰,刘立成,等.压水堆核电机组二回路热力6.n/'系统计算的研究[J].热能动力工程,2004,19(1) :25 - 28.技團4循泵的优化运行区域[5] 严俊杰,等.发电厂热力系统及设备[M].西安:西安交通术大学出版社,2003.坛6] 崔修强,冯仁海.300 MW机组循环水系统最优运行方式3.3计算方法合 理性验证的研究[J].江西电力,2005 ,29(4);1-5. .为了验证本文计算方法的合理性,通过计算得到势第发39 电中国煤化工欢迎订阅”1欢迎投稿HCNMH(后广告明068