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1、 核电汽轮机的特点及选型 摘要：本文首先分析了核电汽轮机的几个特点，即蒸汽参数低、节流调节、蒸汽湿度大、以及设置有汽水分离再热器。文章结合这几个特点来分析核电汽轮机应如何选型，以促进核电设备有效运行，降低投资资金，将核电特长充分发挥出来。关键词：核电；汽轮机；特点；选型前言随着我国核电事业不断发展，规模不断壮大，汽轮机的使用量也随之增加。在核电运行系统中，汽轮机属于重要组成部分，常分作两种机型，即全速汽轮机和半速汽轮机。我国在运核电厂中，秦山三期为半速汽轮机，除此之外的其他核电厂，均采用全速汽轮机。通常情况下，半速汽轮机主要应用于一些百万千瓦级以上的项目中，而目前我国这类项目较少。随着核电事业
2、的不断发展，建设规模不断扩增，核电项目百万千瓦级的越来越多，汽轮机的合理选择成为了核电企业首要考虑的问题之一。文章首先分析了核电机组汽轮机的特点，然后根据这些特点分析汽轮机正确选型的方法。一、分析核电运行系统中汽轮机的几个特点（一）参数低现如今，多数核电站都属于压水堆核电站，受于反应堆的压力容器强度限制，一回路冷却剂参数较低，导致二回路主蒸汽的参数也相对较低。现选择国内常用的1000MW级机组作为实际案例来展开分析，机组中一回路冷却剂的平均压力约为15.5MPa、平均温度约310，二回路中，蒸汽发生器出口压力约为6.7MPa，温度约283，蒸汽湿度约0.2-0.4%。这种机组和功率相同的火电汽
3、轮机对比，因蒸汽参数低，做功时焓降较小，所以需要的主蒸汽流量则较大1。（二）节流调节汽轮机调节主要有两种方式，一种是喷嘴调节，一种是节流调节。两种调节方式的差别在于节流调节没有设计调节级，具有较高的设计工况效率，而变工况的效率则偏低；喷嘴调节的设计与节流调节则恰好相反，设计工况效率较低，变工况效率较高。这两种调节方式的设计工况、变工况效率相差1%左右。除1000MW级等超临界机组主要选择节流调节，其他的火电机组都是以喷嘴调节方式为主。核电机组汽轮机多以节流调节为主，其原因是核电系统带有基本负荷，且需要定期换料，所以若设计变工况效率的话，显得多余。（三）蒸汽湿度大汽轮机高压区具有水滴速度慢、粒度
4、小以及水流速差小、及其与汽密度差较小等特点，所以一般不需要重点考虑其对机组叶片造成的损伤。高压区内压比外压大，水很容易渗透到静止件的中分面，进而引起腐蚀。对于这种问题的处理及预防措施是主要对中分面堆焊不锈钢，或选择不锈钢材料制作气缸。在汽轮机的低压部分，湿蒸气的特点和高压相反，该区域具有较大的水滴粒度及较大的水汽密度差，受到离心力作用时主要以径向运动为主，比动叶片流速要高，会造成末级动叶片严重腐蚀，因此，这也是汽轮机低压区防水腐蚀的一个重点区域。而核电机组由于一回路参数低，导致二回路蒸汽的参数随之降低，蒸汽湿度也比火电机组大，因此防水腐蚀的问题更加重要。半速汽轮机的末级叶片水滴相对速度要比全速
5、汽轮机小得多，因此防水腐蚀的性能，半速汽轮机要好于全速汽轮机。（四）汽水分离再热器通常情况下，火电再热往往需要在锅炉中进行，由锅炉带来热量，因此再热参数和锅炉关系密切。但是核电系统汽轮机再热和常规的火电机组有所不同，无需在反应堆中进行再热，只需在堆外借助新汽、高压抽汽即可进行再热，这些热量来自常规岛蒸汽，因此再热参数和核岛本身无关，仅属于汽轮机的热力系统。这种汽水分离再热器（MSR）具备以下几个热点：其一，再热操作可去湿，避免低压排汽的湿度偏大，使得机组运行循环效率提升；其二，再热方案有两种，即单级再热和双级再热。前者指的是仅新汽再热，可获得约10%的汽量，后者每一级的汽量各为5%左右，这种双
6、级加热属于梯级式加热，能够降低传热温差，再热效率可显著提升0.5%左右，因此这种方式运用广泛。在汽轮机机组中，再热压力增加，低压排汽的湿度就会增加，但其敏感度不会有明显提升，再热压力发生变化后也不会对机组运行效率造成明显的影响2。二、核电机组汽轮选型核电机组的汽轮机主要包括两种，一种是半速机，转速是1500r/min或者1800r/min，另一种是全速机，转速是3000r/min或者3600r/min。但通常情况下，容量较大的核电汽轮机往往会采用半速机。相同容量的核电机组和火电机组相比较，前者排汽面积大约是后者的2倍。在实际应用中可以根据实际排汽面积选取合适的汽轮机型。增加其排汽面积的方法往往
7、有以下三种：（1）加大汽轮机末级叶片的长度。加大汽轮机末级叶片的长度就是增大其单个排汽口的面积，对于全速机，会受到转子材料、叶片限制。（2）增加轴数。增加轴数就是增加低压缸的数量，由于受轴系振动限制，轴数多轴系振动就越复杂。通常情况下轴数应低于6轴，轴承数低于11个。核电汽轮机组中，高中压力缸仅一个，而低压可以增加到3缸6排。（3）尽可能选择半速机。增大机组末级叶片的长度可以解决轴系振动限制问题，半速机末级叶片最短长度是1.25米，排汽面积大约是14m2，末级叶片最长可达到1.8米，排汽面积大约是26。不过最长的叶片仅仅用于北欧一些冷却水温低的地方，而在大部分地区，机组末级叶片的长度在1.35
8、米到1.45米左右，排汽的面积在17m2-20m2左右。通常来说，核电汽轮机组的功率越大，最应该选择半速机，但是也有一些特殊情况，比如田湾核电厂的单机容量高达1060MW，却选择了8排汽的全速机，秦山三期的730MW反而应用了4排汽的半速机，这种情况是根据当地特殊情况而定的。还有一些地区既运用了半速机，也同时运用全速机。我国田湾机组选择运用全速机后出力提高了大约5%，秦山三期的半速汽轮机，在长期运行中也已经取得了不错的业绩，如果选择全速机，则需要3个低压缸、6排汽，其综合技术、经济指标极有可能不及半速机。在选择汽轮积机型时，全速机最大的排汽面积和半速机最小的排汽面积往往相差不大，但是其应力水平
9、则有很大差别。机组生产材料的造价必然不相同，半速机的造价往往高于全速机，半速机尺寸大、耗材多，所以，制造与运输、起重等投资成本都要高于全速机，但是半速机的应力、水腐蚀率比全速机低，其他的动叶片、转子应力同时也会降低，若半速机和全速机制作材料相同的话，半速机可靠性设计就会比全速机更加容易3。而对于百万级的核电机组，选择何种机型，同样也要对其具体项目、技术、经济等进行分析后才能确定。结束语总而言之，核电汽轮机的参数低，流量及湿度均较大，具备节流调节的特点，其容量匹配主要以机随堆模式为主，通流裕量较小，于火电机组不同。半速机和全速机比较，前者圆周速度小，所以应力较小，对于水腐蚀方面有较好的性能，但是半速机的制造的成本较全速机高。所以，选型时主要结合地区实际情况、经济、技术指标，以及机组实际容量等来进行确定，就我国目前核电发展情况来看，对1000MW及以上等级的核电汽轮机机组主要以半速机为主，优势显著。参考文献：1陈娟，徐大懋.核电汽轮机的特点及选型J.热能动力工程，2010，11（04）：459-462，472.2冀润景.核电汽轮机选型中需关注的几个问题分析J.东北电力技术，2014，20（11）：41-46.3冀润景.核电汽轮机选型中需关注的几个问题分析J.发电设备，2015，11（03）：220-224，236. -全文完-
