摘要：核电机组主蒸汽压力影响较大的因素有给水焓、冷却剂与燃料的热交换系数、冷却剂与燃料的热交换温度差、主给水系统的给水流量以及核反应热量利用率。其中冷却剂与燃料的热交换系数、冷却剂与燃料的热交换温度差以及核反应热能利用率是最为主要的三个影响因素，所以在进行冷却剂与核反应堆堆芯进行热交换时，要时刻注意这三个因素对于主蒸汽压力的影响，适当控制核反应堆堆芯的反应温度，并调节主给水系统的给水量，维持主蒸汽压力的温度。
关键词：核电厂；汽轮机；若干问题
1 汽轮机的发展概述及主要特点
1883 年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机，随后在 1884 年英国工程 师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机，虽然当时的汽轮机和我们现在的汽轮机相比 结构非常简单，但是从此推动了汽轮机在世界范围内的应用，被广泛应用在电站、航海和大 型工业中。60 年代，在 世界工业发达的国家生产的汽轮机已经达到 500—600MW 等级水平。1972 年瑞士 BBC 公司制造的1300MW 双轴全速汽轮机在美国投入运行，设计参数达到 24Mpa，蒸汽温度 538° 3600rpm； C，1974 年西德 KWU 公司制造的 1300MW 单轴半速（1500 rpm）饱和蒸汽参数汽轮机投入运行，；1982 年世界上最大的1200MW 单轴全速汽轮机在前 苏联投入运行，压力 24 Mpa，蒸汽温度 540° C。目前世界各国都在研究大容量、高参数汽轮机的研究和开发，如俄罗斯正在研究 2000MW 汽轮机。主要是大容量汽轮机有如下特点： 1）降低单位功率投资成本。如 800MW 机组比 500MW 汽轮机的千瓦造价低 17%；1200MW 机组比 800MW 机组的千瓦造价低 15%—20%。2）提高运行经济性。如法国的600MW 机组比国产的 125MW 机组的热耗率低 276kj/kW.h，每年可节约燃煤 4 万吨。由于冶金技术的不断发展，使得汽轮机结构也有了很大改进。目前的大机组普遍采用了高中 压合缸的双层结构，高中压转子采用一根转子结构，高、中、低压转子全部采用整锻结构，轴承较多地采用了可倾瓦结构。目前各国都在进行大容量、高参数机组的开发和设计，如俄 罗斯正在开发的 2000MW 汽轮机。日本正在开发一种新的合金材料，将使高中、低压转子 一体化成为可能。
2 核电汽轮机的选型分析
核电汽轮机的参数选择、结构形式等直接影响核电站的效率、运行安全、成本以及投资回报率，在核电站常规岛建设方案中必须将汽轮机的选型工作放在突出的位置。
反应堆的堆功率和主蒸汽参数等己经确定，影响汽轮机方案制定最主要的因素是汽水分离再热系统的参数、背压、机组转速、机组结构形式。
2.1主要热力参数的选取
2.1.1汽水分离再热系统主要参数的选取
以湿蒸汽作为工质的核电汽轮机，必需采取去湿措施。降低蒸汽湿度的有力手段是外部去湿和中间再热。影响蒸汽最终湿度的主要参数是分缸压力和汽水分离再热器出口温度。
分缸压力值对汽轮机经济性、汽水分离再热器设计参数都有很大的影响。一般情况下，为了降低蒸汽的最终湿度，分缸压力应该取低些，以简化设计，降低制造成本。但是分缸压力并不是越低越好。
汽水分离再热系统蒸汽的再热一般通过汽缸中间抽气加热和新蒸汽加热来实现。目前大容量核电汽轮机汽水分离再热系统普遍采用汽缸中间抽汽和新蒸汽两级再热加热方式。汽水分离再热系统的选择需要综合考虑分缸压力、再热蒸汽的温度等对汽轮机效率的影响并结合连通管、再热阀门、汽水分离再热器和低压缸等的综合制造成本进行分析比较后确定。
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2.1.2背压的选取
在汽轮机进口蒸汽焓值不变的情况下，降排汽压力会加大汽轮机的焓降值，蒸汽可以充分膨胀做功，汽轮机的效率越高，机组出力越大。汽轮机背压的选取应该结合汽轮机的效率、综合投资成本等多种因索来确定。将凝汽器面积和汽轮机结构形式以及相关设备的投资成本通过技术经济比较选出最佳方案。
2.2汽轮机转速的选取
核电汽轮机分为全转速核电汽轮机和半转速核电汽轮机。在我国己经投运和在建的机组中全转速居多（见表5），从世界范围看半转速核电机组数量多些，设计、制造和运行经验要丰富些。
3 热力系统的研究设计
3.1 M310主蒸汽热力系统的结构组成
（1）核反应堆：核反应堆的堆芯是核反应的热量的来源，在核反应正常进行时，堆芯内部的燃料会发生核裂变反应，产生大量的热量。
（2）核反应冷却系统：核反应冷却系统又称为一回路冷却剂系统，它使用的是轻水作为核反应的冷却剂。冷却剂在经过与堆芯燃料换热以后，温度可以达到326摄氏度。冷却剂吸收掉核反应产生的大量热能以后，通过冷却系统及时将这部分热能带出，使得核反应能维持在稳定的温度，持续安全运行；同时，冷却剂带出去的这部分热量可以用来加热给水，使得给水变成蒸汽，供汽轮机使用。
（3）蒸汽发生器：蒸汽发生器是将冷却剂带出来的热量传递给给水设备，从而使得给水变成蒸汽的热量交换设备。M310采用的是直立式且自带汽水分离器蒸汽发生器。冷却剂从核反应堆带出热量以后，进入蒸汽发生器，进行热量交换加热给水，产生蒸汽供主蒸汽系统使用。
3.2影响主蒸汽压力的因素
3.2.1给水焓
主蒸汽压力与给水焓是成正比例关系的，给水焓值越高，主蒸汽压力也越高。当给水焓变大，核反应的反应功率不发生变化，那么核反应所产生的热量也不会变，所以主蒸汽压力会随之升高。反之，如果给水焓值变小，主蒸汽压力也会随之降低。
3.2.2冷却剂与燃料的热交换系数
冷却剂与反应堆的换热系数将直接决定换热量的大小。当换热系数很大时，冷却剂所带走的热量也就越大，所以为给水提供的热量也就越多，给水转化为蒸汽的量也就越多，主蒸汽压力也会随之升高；反之，换热系数小，主蒸汽压力也会变小。
3.2.3 冷却剂与燃料的热交换面积
理论上来说，热交换面积越大，换热效率就越高，主蒸汽的压力也会越高。但是由于燃料组件的外壳与冷却剂对流管的接触面积是一个定值，所以热交换面积并不会发生变化，在这个前提下，主蒸汽压力也不会受到热交换面积因素的影响。
3.2.4 冷却剂与燃料的换热温度差
燃料产生的热量是堆芯的核裂变反应产生的，可以通过调整核反应控制棒的位置来调整核反应的产热量。一般来说，冷却剂与燃料的换热温差越大，换热的速度就越快，换热效率就越高，换热量多，主蒸汽压力也会随之增大。
3.2.5 核反应的热量利用率
核反应的热量利用率即就是蒸汽发生器中给水所吸收的热量与核反应堆生成的热量的比值，这个比值大小可以直接反应核反应所生成热量被给水吸收的转化比例。核反应的热量利用率越高，给水吸收的热量就越多，主蒸汽压力就升高；核反应热量利用率越低，给水吸收的热量就越少，主蒸汽压力就降低。
3.2.6 给水量
主给水系统将给水送入蒸汽发生器以后，与冷却剂所带来的热量进行交换，并在给水室经过冷段与沸腾段以后进入汽水分离器进行汽水分离，最后蒸汽部分进入蒸汽室，给汽轮机提供蒸汽。主给水的给水流量增多时，经换热以后生成的蒸汽也增多，主蒸汽压力增大；如果其他条件保持不变，那么在给水流量增加之后，单位流量的给水所吸收的热量会降低，所以主蒸汽的温度会整体下降，主蒸汽压力也会有所下降，但是给水流量的增加使得蒸汽量也增加，两者相比之下，蒸汽量的影响比主蒸汽温度的影响更为明显，所以总的来说，给水流量的增加会使得主蒸汽压力上升。
4 结论
核电站是利用动力反应堆产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。在核电站基本上都采用汽轮机作原动机，汽轮机是核电站的重要设备。
参考文献
[1]王宏卯. 关于核电汽轮机若干问题的探讨[J]. 中国科技纵横，2010（18）：25-27.
[2]郑利娜，董华勇. 核电汽轮机安装工艺与关键问题研究[J]. 自动化与仪器仪表，2015（6）：6-8.
论文作者:唐国玺,杨斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/17
标签：汽轮机论文; 蒸汽论文; 冷却剂论文; 核反应论文; 热量论文; 压力论文; 核电论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;