Study on Reactor-Mechanical-Electricity for Capacity Expansion and Retrofitting of 320 MWe Steam Turbine Generator Unit in Qinshan Nuclear Power Plant
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摘要: 在初步分析秦山核电厂320 MWe机组堆机电匹配的条件、传统方法和特点基础上，应用当前先进和高效的热工水力计算、管道阻力计算和热平衡计算软件，以机组增容改造的要求功率为目标，在确保核岛堆功率不超过加强工况功率的前提下，根据蒸汽发生器（SG）出口主蒸汽的不同压力、不同流量，按照一定的步长，同时考虑不同的给水温度、合理的主蒸汽管道阻力、优化的冷端参数，结合当前汽轮发电机组的设计、制造先进技术，进行热工水力和热平衡迭代计算，形成了优化的汽轮机进口主蒸汽参数及机组发电功率，在满足实现功率目标的同时，机组效率也得到一定提升。机组增容改造后，堆机电的参数及性能能够得到更好地匹配，机组的运行也更为安全、稳定和经济。Abstract: On the basis of preliminary analysis on the conditions, traditional methods and characteristics of the reactor-mechanical-electricity matching of 320 MWe unit in Qinshan Nuclear Power Plant, with the application of the current advanced and efficient thermal hydraulic calculation, pipe resistance calculation and heat balance calculation software, taking the required power of the unit capacity expansion and retrofitting as the goal, on the premise of ensuring that the nuclear island reactor power does not exceed the enhanced working condition power, for different pressures and flows of main steam at the outlet of steam generator (SG), according to a certain step length, and considering different feed water temperature, reasonable main steam pipe resistance, optimized cold end parameters, combined with the current advanced design and manufacturing technology of steam turbine generator unit, the thermal hydraulic calculation and thermal balance iterative calculation have been carried out to form the optimized inlet main steam parameters of steam turbine and generating power of unit. While meeting the power target, the efficiency of the unit has also been improved. After the unit capacity expansion and retrofitting, the parameters and performance of the reactor-mechanical-electricity equipment can be better matched, and the operation of the unit is more safe, stable and economical.
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表 1 额定工况和加强工况下的主要接口参数
Table 1. Main Interface Parameters under Rated and Enhanced Working Conditions
参数 额定工况 加强工况 反应堆热功率/MW 966 1035 反应堆冷却剂平均温度/℃ 302 302 反应堆冷却剂入口温度/℃ 288.8 287.9 反应堆冷却剂出口温度/℃ 315.2 316.1 反应堆冷却剂热工设计流量/（t·h−1） 24000 24000 SG出口蒸汽压力/MPa 5.54 5.20 SG出口主蒸汽流量/ (kg·s−1) 519.7 561.1 SG出口蒸汽最高湿度/% 0.25 0.25 主给水温度/℃ 216 220 SG排污水流量/(kg·s−1) 5.6 5.6 主给水流量/(kg·s−1) 525.3 566.7 
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表 2 秦山核电厂1号机组CI主机参数
Table 2. Parameters of Qinshan NPP #1 CI
参数名 参数值 主蒸汽阀门前压力/MPa 5.345 主蒸汽管道压损/MPa 0.195 主蒸汽阀门前温度/℃ 268.2 主蒸汽阀门前干度/% 99.5 汽轮机型号 HN310-54.5 主汽门全开（VWO）功率/ MWe 344 最大连续功率/ MWe 330 汽轮机额定功率/ MWe 310 主蒸汽流量/（t·h−1） 2015 额定进汽量/（t·h−1） 1870.92 低压缸排汽压力/ MPa 0.0049 给水温度/℃ 221.5
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表 3 TMCR工况堆机电匹配主蒸汽接口参数
Table 3. Main Steam Interface Parameters of Reactor Electro-mechanical Matching under TMCR Working Condition
参数名 参数值 主蒸汽阀门前压力/MPa 5.08 主蒸汽阀门前温度/℃ 264.9 主蒸汽流量/（t·h−1） 1954.8 主蒸汽干度/% 99.5 背压/kPa 4.9 给水温度/℃ 219.4
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表 4 SG不同压力、不同流量的计算数据表
Table 4. Datasheet on Different Pressures and Flows of SG
SG出口蒸
汽压力/MPaNI/CI分界
处压力/MPa一回路平
均温度/℃给水温
度/℃出口蒸汽流
量/（t·h−1）NSSS功
率/MW5.28 5.25 297.1 215 1950 1012 5.28 5.25 296.8 220 1955 999.5 5.28 5.25 296.5 225 1960 987 5.37 5.34 297.1 215 1950 1013 5.37 5.34 297.1 215 1955 1015 5.37 5.34 297.1 215 1960 1018 5.57 5.54 296.8 220 1950 999 5.57 5.54 296.8 220 1955 1002 5.57 5.54 296.8 220 1960 1004 5.77 5.74 296.8 220 1950 998 5.77 5.74 296.8 220 1955 1001 5.77 5.74 296.8 220 1960 1003 5.97 5.94 296.5 225 1950 984 5.97 5.94 296.5 225 1955 987 5.97 5.94 296.5 225 1960 989 NSSS—核蒸汽供应系统
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表 5 主蒸汽管道阻力主要计算参数
Table 5. Main Calculation Parameters of Main Steam Pipe Resistance
项目 介质比容
/(m3·kg−1)流速/
(m·s−1)总阻力
系数阻力/
MPa管系1 0.0353 38.9 2.193 0.0470 管系2 0.0353 33.9 4.988 0.0811 管系3 0.0353 38.9 1.550 0.0333 管系4 0.0353 33.9 1.311 0.0213 总计 0.200 注：表中参数考虑了10%的裕量；表中空格表示不需要总计值
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表 6 TMCR工况堆机电匹配主蒸汽接口参数
Table 6. Main Steam Interface Parameters for Reactor Electro-mechanical Matching under TMCR Working Condition
参数名 参数值 主蒸汽阀门前蒸汽压力/MPa 5.34 主蒸汽阀门前蒸汽温度/℃ 268.1 主蒸汽阀门前蒸汽流量/（t·h−1） 1955 主蒸汽阀门前蒸汽干度/% 99.5 背压/kPa 4.8 给水温度/℃ 220
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[1] 郑明光, 杜圣华. 压水堆核电站工程设计[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2013 [2] 陈毓湘, 周全福, 秦山核电厂反应堆热工水力设计[J], 核科学与工程, 1985, 20（4）, 308-312 -
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