高温气冷堆核电站示范工程辅助锅炉选型

刘军强

（华能山东石岛湾核电有限公司，山东 荣成 264312）

0 概述

华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程（HTR－PM）采用了我国自主设计、具有自主知识产权的新一代先进反应堆［1］。一期建设1台电功率为211 MW的汽轮发电机组，工作参数基本与超高压参数的火电汽轮机组相同。由于HTR－PM配置的汽轮机组与压水堆核电站汽轮机组蒸汽参数有着本质区别，因而在辅助锅炉选型上与压水堆核电站有许多差别。

华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站 “五通一平”（即通水、通电、通路、通信、通排水、平整土地）施工供热工程建有 2×10t／h，蒸汽参数为1.25 MPa、194℃的链条燃煤蒸汽锅炉。施工供热工程已投运，且运行良好；常规岛辅助锅炉需要选型。

1 辅助锅炉的功能和用户需求

在机组启停阶段，辅助锅炉向辅助蒸汽系统用户提供合格的蒸汽，由用户对蒸汽进行减压。辅助蒸汽系统用户包括除氧器、轴封蒸汽系统、采暖系统、核岛三废处理系统、化学用汽。

考虑辅助锅炉自用汽和管道散热等因素，根据表1统计，本工程辅助锅炉出力应为35 t／h（1台），锅炉出口为1.25 MPa饱和蒸汽和部分400℃过热蒸汽。

表1 辅助蒸汽系统用户统计

2 辅助锅炉选型分析

根据示范工程辅助蒸汽用户需求，可以采用的辅助锅炉有燃煤锅炉、燃油锅炉和电锅炉。

由于燃煤锅炉系统复杂，建设规模较大，辅助设备较多，运行、维护工作量较大，卫生条件较差。为满足环保要求，还需建设脱硫、除尘器等配套设施，因此，本工程辅助锅炉方案不推荐采用燃煤锅炉，仅就电锅炉和燃油锅炉进行分析、比较。

2.1 电锅炉和燃燃油锅炉对比

电锅炉和燃燃油锅炉特点。电锅炉热效率为99%，冷启动时间小于1h，热启动时间不大于10min，最快可达3～5 min，负荷调节范围在1%～100%之间。系统简单，操作方便，可实现无人值守，易磨损和易腐蚀部件少，维护工作简便，可靠性高，工作环境清洁，只需3～6年大修一次。

燃油锅炉热效率为91%，冷启动时间大于3 h，热启动时间为30 min，负荷调节范围在20%～100%之间。设备启动慢，低负荷运行性能差。系统复杂，操作、维护工作繁杂，运行、维护人员较多，易磨损和易腐蚀部件多，工作环境差，须每年大修一次。另外，燃油锅炉需配置庞大的燃油系统，且需单独设置燃油供应、消防、防雷系统。经调研大亚湾核电站，发现燃油锅炉存在许多问题，甚至延误了机组启动。

初投资费用比较。目前，国内核电站采用的电锅炉和燃油锅炉均为进口产品。经调研大亚湾和岭澳核电站发现两者费用相差不大：30 t／h燃油锅炉投资费用为238万美元，36 t／h电锅炉投资费用为279万美元［2］。

运行费用比较。按示范工程可研报告测定的上网电价0.384元／kWh计算，电锅炉蒸汽电耗成本为287元／t；按中石化0号柴油6460元／t计算，燃油锅炉蒸汽油耗成本为428元／t。可见，电锅炉的运行费用为燃油锅炉运行费用的67%。

国内核电站辅助锅炉使用情况分析。在核电站运营期间，辅助锅炉运行概率很低，导致两者投资费用相差不大。目前，国内除大亚湾核电站、田湾核电站使用燃油锅炉外基本采用电锅炉。

2.2 电锅炉炉型分析及国内核电站使用情况

喷射式电极锅炉。优点：采用了独特的发热原理，具有设备体积小、功率大、启动快、热效率高。缺点：喷射式锅炉炉水和电极接触面积小，需向炉水中添加磷酸钠，保持炉水较高电导率；锅炉出口蒸汽Na＋质量浓度高（Na＋质量浓度小于 40 μg／l；蒸汽干度大于99.95%），易腐蚀汽轮机组部件；喷射水流难控制，易产生拉弧现象；主要在北美使用。

浸入式电极锅炉。采用电极直接加热炉水方式。线性调节精度高，操作简单，启动快速平稳，效率高；无拉弧、氢爆、汽水共腾现象，拥有84年安全运行经验；对炉水水质无特殊要求，锅炉出口蒸汽品质高（Na＋质量浓度＜5 μg／l；蒸汽干度＞99.9%）；无需变压器、设备体积小、投资少、运行维护简便费用低；生产厂家仅限于欧洲，核电业绩超过60台，法国核电站采用较多。

国内核电站电锅炉使用情况统计。截止2009年底，国内核电站基本采用喷射式电极锅炉；2010年初，浸入式电极锅炉进入我国，并取得良好业绩。

表2 国内核电站电锅炉使用情况统计

2.3 高温气冷堆核电站机组特点

轴封系统。高温气冷堆核电站与压水堆核电站汽轮机蒸汽参数存在本质区别。压水堆汽轮机蒸汽为饱和蒸汽，所需轴封蒸汽温度较低，且跳机后蒸汽发生器系统较大的水空间可以长时间提供饱和蒸汽供汽轮机轴封使用。高温气冷堆汽轮机蒸汽为过热蒸汽（566℃），所需轴封蒸汽温度较高（380℃），且仅建有1台机组。在跳机停堆后，无可靠、备用汽源，因此对辅助锅炉启动时间提出较高要求，需尽快启动，避免汽轮机进冷气。

给水和蒸汽品质。高温气冷堆核电站比压水堆核电站对给水品质要求更加严格：压水堆核电站要求给水 Na＋质量浓度＜10 μg／l，高温气冷堆核电站要求给水 Na＋质量浓度＜3 μg／l。

另外，机组启停阶段，高温气冷堆蒸汽发生器要求入口给水Na＋质量浓度不高于20 μg／l， 汽轮机要求主蒸汽 Na＋质量浓度 24 h 内不高于 20 μg／l。

3 结语

通过对燃油锅炉和电锅炉技术、经济、安全、环保、启动时间、使用情况等进行比较，依据高温气冷堆核电站示范工程汽轮机组对轴封供汽要求较快的特点，建议优先选用电锅炉。

通过对电锅炉炉型、使用情况分析和高温气冷堆核电站示范工程对给水、蒸汽品质的较高要求，建议在报价差别不大的情况下，优先选用浸入式电极锅炉。

鉴于常规岛采暖设备对蒸汽品质要求不高和“五通一平”施工供热工程稳定运行情况，建议优化常规岛及其BOP采暖系统（施工供热工程与电锅炉供汽互为备用），以降低电锅炉容量，达到节约投资目的。

［1］胡守印，傅坚，韩建成，等.高温气冷堆核电站示范工程设计与采购一体化管理模式的探索和实践［G］.2009核电运行和建设管理经验交流论文汇编.北京：2009：184－188.

［2］方永珍，陈娟，罗海泉，等.岭澳核电站辅助蒸汽系统的优化设计［J］.广东电力，2003，16（2）：55－58.