高温气冷堆汽轮机供热方案

党的二十大报告明确指出，积极安全有序发展核电。核能是我国能源战略的重要组成部分，对优化我国能源结构、保障能源安全、构建新型能源体系、助力实现“双碳”目标具有重要作用。石化和化工行业作为基础性产业，肩负着支撑国民经济发展的重要责任。当前，国家“双碳”战略纵深推进，发展并应用高温气冷堆技术是实现石化行业的绿色发展，服务国家产业结构升级和能源结构优化的必然选择。

高温气冷堆具有固有安全性好、环境适应性强、系统简单、绿色零碳、经济性高等特点，是保障国家能源安全、实现能源绿色转型的重要途径，也是匹配石化生产需求的最佳配置。高温气冷堆与石化耦合可行且必要，利用核能供热、供汽、供电替代煤炭消耗，是石化行业面临保障稳定供应与清洁低碳转型双重挑战下的优选方案。

下面结合典型石化工业园区用汽需求及高温气冷堆机组特点介绍一种典型的高温气冷堆汽轮机供热方案。

1、典型工业抽汽需求

近年来原油加工基地和大规模炼化一体化项目需求增大，此类项目一般都有长期、大量、多种参数的工业用汽需求。表1列出了某典型项目的工业用汽需求，其中超高压工业用汽参数要求达到10~12.5MPa，490℃~540℃。

表1 某典型项目的工业用汽需求

过去这档10~12.5MPa、490℃~540℃的超高压蒸汽一般由工业园区自备的高温高压参数锅炉直接供给，但由于小锅炉供汽煤耗较高、污染物排放问题较严重，用大型超超临界火电汽轮机供汽也面临供汽参数不匹配导致高品质蒸汽浪费等问题，所以近几年同类项目的可研咨询阶段、投标阶段出现了用高温气冷堆汽轮机大量抽汽集中满足石化工业园区用汽的需求。采用汽轮机抽汽满足工业用汽，除了额定抽汽工况的抽汽压力和抽汽温度要达到额定抽汽参数外，还需要满足机组在部分负荷运行时也能稳定的提供额定参数的工业抽汽。

2、高温气冷堆机组供热的优势

大流量、超高压、定参数工业抽汽的最佳解决方案就是采用高温气冷堆机组的主蒸汽进行供汽。这是因为高温气冷堆机组主蒸汽供汽具备以下几个优势：

(1)高温气冷堆的主蒸汽参数约为13.24MPa/536℃。主蒸汽的压力和温度与超高压工业用汽需求恰好匹配，可以直接采用高温气冷堆主蒸汽参数进行供汽并且维持较高的经济性。此外，核电是清洁能源，供汽碳排放为零。

(2)高温气冷堆采用定主汽参数模式运行。当机组处于部分负荷运行时，主蒸汽参数仍为额定主汽参数。即机组在全负荷平台都可以在满足汽轮机安全运行的前提下从主蒸汽抽取超高压工业蒸汽，不需要切换汽源，也不需要增设附加的加热设备。抽汽工况运行灵活性较高。

(3)高温气冷堆是第四代核电技术，具有固有安全性高的特点。由于核电机组设计要求、运行要求均高于火电机组，因此采用高温气冷堆机组主汽供汽还具有运行稳定性高的优势。

(4)高温气冷堆机组的核岛采用单元制，可以通过多个反应堆模块的组合形成不同功率等级的核岛，匹配不同功率等级的汽轮机和不同用汽量的工业园区。

(5)高温气冷堆机组有较大的主蒸汽供热能力。根据目前高温气冷堆项目前期配合数据，10模块高温气冷堆蒸汽发生器出口流量可达到4300t/h，如果全部进入汽轮机发电，汽轮机功率等级为1350MW级;如果抽取部分主蒸汽用于工业用汽，剩余主蒸汽进入汽轮机发电;在工业用汽需求量极大的情况下，甚至可以将全部主蒸汽用于工业用汽，不配置汽轮机发电。

3、典型高温气冷堆机组供热方案

下图是某高温气冷堆主蒸汽供汽系统示意图。高温气冷堆核岛由6个单元核反应堆模块组成，总核岛热功率约为1500MW级。核反应堆产生的热量通过蒸汽发生器(SG)加热常规岛二回路给水，蒸汽发生器出口二回路主蒸汽流量为2142t/h。在汽轮机主汽阀前，一部分主蒸汽抽走进入供热岛，另一部分主蒸汽进入汽轮机做功。主蒸汽抽汽进入供热岛的表面式换热器与三回路工质进行换热，被加热后的三回路工质进入工业园区供热，换热后冷凝的二回路抽汽凝结水回收至二回路凝结水泵出口，并经过回热加热器加热到规定的给水温度再进入蒸汽发生器。

图1 某6模块高温气冷堆主蒸汽供汽方案的示意图

汽轮机根据汽轮机进汽量最大的最小工业抽汽工况进行选型，以确保在规定的各工业抽汽工况下核岛热功率均可以满发而不会受到汽轮机通流能力的限制。

高温气冷堆核岛一般要求最终给水温度偏离额定值不超过一定范围，但当汽轮机运行在部分负荷工况、工业抽汽量较大的工况时，由于汽轮机进汽量减小，一抽压力下降会导致最终给水温度降低，可能会超出核岛允许范围。此时可以通过增设0号高加的方式提高最终给水温度至允许范围内。

4、小结

本文简要介绍了高温气冷堆汽轮机供热的优势和一种典型方案。高温气冷堆机组供热具有清洁零碳、供热蒸汽参数高、供热能力强、供汽参数稳定、运行灵活等优势，是大流量、超高压、定参数工业抽汽需求的绝佳解决方案。