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高温气冷堆启停堆设备运行技术研究与工程应用

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成果主要完成人

刘俊峰、马晓珑、王鹏飞、张 勇、吴世发、赵敬楷、马喜强、万甲双、王 磊、李 超

项目概况

高温气冷堆启停堆设备的作用是在机组启、停过程中,实现核岛蒸汽发生器出口蒸汽参数与汽轮机进口蒸汽参数的匹配。启停堆系统是国内外首座球床模块式高温气冷堆的独有系统,目前尚无可借鉴、已经过运行验证的调试与运行技术,启停堆系统调试与运行技术属于国内外首创。 高温气冷堆启停堆系统特点,存在的技术难点包括: (1)反应堆启停过程中蒸汽发生器出口压力控制:蒸汽发生器出口介质会从冷水变成过热蒸汽,出口介质压力控制涉及到水、汽水两相流、汽的复杂相变过程,如何实现蒸汽发生器出口压力控制为13.9MPa,是启停堆系统运行技术难点之一; (2)汽水分离器压力控制:反应堆启停过程中需控制汽水分离器内压力从0.12MPa按照启动曲线升至5MPa,同时在汽轮机冲转期间与主蒸汽旁路阀协调控制汽轮机进汽压力、温度稳定在冲转参数,冲转结束后的汽轮机带负荷阶段,汽水分离器入口调阀后压力由5MPa升至13.9MPa,在此过程中如何实现汽水分离器内压力、温度的动态调整,是启停堆系统运行技术难点之二; (3)双堆启动技术:两堆带一机”是高温气冷堆的特点,并堆操作属于重大操作,其可行性和最优规程的研究,对于机组的安全性有着重要的意义。当#1堆已并网发电工况下,#2堆启动及并堆时的控制方式,以及启停堆系统如何实现双堆启动和匹配运行,是启停堆系统运行技术难点之三; (4)运行方式的多样性:高温气冷堆机组共有16个运行工况,每一个运行工况的启停阶段都由启停堆系统来完成,由于每一个运行工况下机组的功率、压力、温度和流量等控制变量都有所差异,如何通过动态调整启停堆系统运行方式,实现高温气冷堆机组的安全稳定运行,是启停堆系统运行技术难点之四。 本技术自主开发了基于MATLAB/Simulink的高温气冷堆核电站启停堆系统仿真软件,获得了高温气冷堆启停堆系统设计和运行动态特性仿真验证技术,并验证了启停堆设备运行技术的可行性。本技术成果在200MW高温气冷堆示范工程机组调试与启动运行中得到了应用。在保障HTR-PM安全稳定运行、提高机组设备可靠性和运行经济性等方面发挥了重要作用,并在节约机组工期和减少非停安全事件等方面创收上百万元的经济效益。后续将进一步推广应用于正在建设的600MW高温气冷堆、快中子反应堆、浮动式小堆、空间堆等不同类型核能系统的动态特性分析及系统配置中,应用前景广阔。